电子电气工程导论10月8日第一至二节
实时字幕历史
Watch.
看。
And also pay attention to the age of the woman. The ages of the canon map are also adjacent. So they can be grouped as well.
另外,还要注意,这位女性的年龄。地图上的年龄也是相邻的。所以,它们也可以进行分组。
And groups can be overlapped. but they cannot be completely overlapped.
而且,这些组可以重叠。但不能完全重叠。
They can be partially overlapped. And there could be several correct solution. Depending on how you form a group.
它们可以部分重叠。而且,可能有多种正确的解法。这取决于你如何组建小组。
If you form a group or you draw the group in a different way, your final solution will also be different.
如果你以不同的方式组建小组,最终的解决方案也会有所不同。
So here you can see two different ways. Because the problem is slightly different. so the final solution is also slightly different. And we also proved that mathematically that these two expressions are actually identical. these two simple expressions are actually identical.
所以,这里你可以看到两种不同的方法。因为这个问题略有不同。所以最终的解决方案也会有些许差异。而且,我们还从数学上证明了,这两个表达式是实际上完全相同的。这两个简单的表达式其实是等价的。
And also, one last thing is, there's for the case of neutron, neutron, or we are amuon, amuon, there's some numerical precision. for the unitary combinations, you can either enter zero or one. depending on whether you can make it to be larger. if you can make it larger, you can just have a one.
另外还有一点是,对于中子或μ子的情况,存在一些数值精度的问题。对于幺正组合,结果只能是0或1。这取决于你是否能将其放大。如果能放大,那么结果就是1。
so here we use a to represent
所以在这里,我们用a来表示
the unitary combination. if you can make it larger, then you enter or have a one there. because the larger the qubit, the safer. the expression you are get.
幺正组合。如果能放大,那里就是1。因为量子比特越大,就越安全。这就是你得到的表达式。
so we have already finished the first three lectures. in the first lecture, it's mainly about the number system, right? we have learned what the binary number system is. what is the octal.
所以,我们已经完成了前三讲的课程。在第一讲中,主要是关于数制的,对吧?我们学习了什么是二进制数系统。还有八进制。
and in the second lecture, you mainly learned what a functional gate is. we have learned and gate, or gate. not gate, nor gate. these are all gates, right? and in the third lecture, it's mainly about the karnaugh map. it's just a very common paper.
而在第二讲中,大家主要学习了什么是逻辑门。我们学习了与门和或门。非门和或非门。这些都是逻辑门,对吧?第三讲主要是关于卡诺图的。那是一篇非常常见的论文。
and these three lectures are also the unit name. the main content in the first online case.
这三讲也是这门课的名称。这是第一次在线课程的主要内容。
the online case will be released soon. but we need to become us. our explaining later. online case will be one hour. and it will be opened for one day. so it's in the time window. log in your campus. and take the online case. the duration of the online test is one hour. and the online test will only from login hour for one day.
在线课程很快就会发布。但我们需要先完成这门课。稍后我们会详细讲解。在线课程时长为一小时。而且只开放一天。所以,它有一个时间限制。请登录你们的校园系统。然后参加在线课程。在线测试的时长是一小时。而且,从登录开始,只有一天的时间。
let's now to the tutorial of lecture 3.
现在,我们开始第三讲的教程。
we have just finished lecture 2.
我们刚刚讲完了第二讲。
next lecture of lecture 3, we have some exercise for practicing. and here are the exercises. it's not only focus on MATLAB, but also some knowledge. we have learned from lecture two and lecture one. so if you can finish the exercise in the exam, correct, you i think you should be have no problem. passing the online test. so this will be a excellent chance to enhance your understanding of the knowledge we have from lecture one, lecture two.
在第三讲中,我们会有一些练习题供大家实践。这些就是练习题。这些练习不仅针对MATLAB,还涉及一些其他知识。这些内容我们在第一讲和第二讲中已经学过了。所以,如果你能在考试中完成这些练习,那就说明你已经掌握了。我觉得你应该没问题。能够通过在线测试。所以,这将是一个很好的机会,来加深我们对所学知识的理解。也就是第一讲和第二讲的内容。
and okay, for now, I will give you any needs. okay, ten minutes. the first three are okay, first of all, let's first try to solve the first four questions. use your pens. use your notebook to solve the solution.
好的,现在,我来给大家布置作业。好的,十分钟。前三个是,好的,首先,我们先来尝试解决前四个问题。请用你们的笔。用笔记本来写出解题过程。
Hi.
你好。
So, question. First question is applying the moment theory to isolation equation. if you remember, if you don't remember, the moment is
那么,有一个问题。第一个问题是,将动量理论应用于隔离方程。如果你还记得的话,如果不记得的话,动量就是
a full form. First form is A or B and not.
一个完整的形式。第一种形式是A或B,但不是。
It's A or A not and B not.
它是A,或者非A且非B。
Second form is
第二种形式是
and we should use these two forms. to put each equation. First one is
我们应该使用这两种形式。来构建每个方程。第一个是
you use the first form. in your case, it is correct.
你使用了第一种形式。在你的例子中,这是正确的。
and second is correct as well.
第二个也是正确的。
third, yes.
第三个,是的。
it is also correct.
这也是正确的。
right?
对吧?
i is also correct.
I也是正确的。
j is also correct.
J也是正确的。
so any questions for any equations? question one.
那么,关于这些方程,有什么问题吗?第一个问题。
the solution for a is incorrect, what you have to check for a.
A的解是错误的,你需要检查一下A。
oh yeah.
哦,好的。
so for a, it's a small error here. a, it should be not n.
对于A来说,这里有一个小错误。应该是不是n。
so any questions?
那么,还有其他问题吗?
yes, so for question one.
是的,关于第一个问题。
do you remember the two forms of democracy? i think we should develop often. direct democracy or each expression. there is two forms in mind. democracy we are for sure.
你还记得民主的两种形式吗?我认为我们应该经常发展它。直接民主或者代议制民主。这里指的是两种形式。民主,我们是可以确定的。
it included in the on my case. keep these two forms in mind.
它包含在我的案例中。请记住这两种形式。
the second one, convert the following expression to sum of products. so what is the sum of product form? it should be like this, right?
第二个,将下面的表达式转换为积之和形式。所以,什么是积之和形式?应该是这样的,对吧?
this is the product, this is sum, sum of product.
这是乘积,这是求和,这就是积之和。
so you should convert each expression to the following form. like this.
所以,你应该把每个表达式都转换成这种形式。就像这样。
for the a, you use distributing law.
对于a,你要使用分配律。
and here, c d and c d is c d. because you have repeat twice.
这里,c d和c d就是c d。因为你重复了两次。
and actually, you can simplify it. because there's c d here.
实际上,你可以把它简化一下。因为这里有一个c d。
so this should be one.
所以这应该等于1。
so this should be one.
所以这应该等于1。
for the second, you will get a b.
对于第二个,你会得到ab。
b and b not is zero. so the first function is zero actually.
b和b的补集等于0。所以第一个函数实际上等于0。
so you use distributing law for the second. second expression, b and b not is zero.
所以对于第二个,你要使用分配律。第二个表达式,b和b的补集等于0。
so b and b is b.
所以b和b就是b。
for the third one, if you use distributing law, you will get the formula to be this one. And then you can do the simplification.
对于第三个,如果你使用分配律,就会得到这个公式。然后你可以进行化简。
for the third one, if you use distributing law, you will get the formula to be this one. And then you can do the simplification.
对于第三个,如果你使用分配律,就会得到这个公式。然后你可以进行化简。
for example, here you have a
例如,这里有一个
form is e, right? here you have
形式是e,对吧?这里有一个
b b t is actually b.
b,b和t实际上就是b。
and there's also b t here.
这里也有一个b。
so any more questions?
那么,还有其他问题吗?
if there's no questions, let's continue.
如果没有问题的话,我们继续。
so this is the back of the podium. and expression is what i'm using to describe time. so x is one only if a is one and b is one.
这是讲台的背面。这个表达式就是我用来说明时间的。所以,只有当a和b都为1时,x才为1。
so x equals to the only time is when a is one and b is one.
也就是说,x等于1的唯一情况,就是a和b都为1的时候。
so from this, i think the most direct way, the most common is if you bought a, if you bought a no map or if you are in a newspaper.
所以,我认为最直接、最常见的方法,就是如果你买了一张地图,或者你是在报纸上看到的。
you have a, b, x, right? a, a, zero, zero, and zero. zero, one, zero, one, zero, zero. and only one must generate one.
这里有a、b、x,对吧?a是0,0,0。0、1、0、1、0、0。只有其中一种情况会生成1。
oh, okay.
哦,好的。
so if you remember the Karnaugh map,
如果你还记得卡诺图,
right? and you write each term.
对吧?然后你把每一项都写出来。
because for this one, all three is one, okay? you write a1, a0. or this one is ab. it's the way that you write the karnaugh map, right?
因为对于这个,所有三个都是1,明白吗?你就写a1,a0。或者这个是ab。这就是写卡诺图的方法,对吧?
so it's the opposite way. for the karnaugh map, first you have an expression table.
所以,这是相反的方法。对于卡诺图,首先你有一个表达式表。
but for this question, it seems they give us already. for the karnaugh map. and how can you use the karnaugh map to write the expression?
但对于这个问题,他们似乎已经直接给我们了。就是卡诺图。那你怎么用卡诺图来写出表达式呢?
is this solution clear?
这个解法清楚吗?
in our lecture, we have several examples. for some of the problem, we have several. and how can we simplify this expression? first, I draw karnaugh map like this. and how can we define where this term? this term is existing on karnaugh map.
在我们的课程中,有几个例子。对于其中一些问题,我们有几个。那我们该如何简化这个表达式呢?首先,我画出这样的卡诺图。那么我们如何确定这个项的位置呢?这个项存在于卡诺图上。
and in this side, it will give us the one.
在这一侧,它会给我们一个1。
and for this question, we just we first have this map. and we need to write down the expression. so that's the way. then this will be a term here. so it's exactly the opposite way. how work the karnaugh map? because we know the karnaugh map is actually rearrange. so i have identical.
对于这个问题,我们只需要先有这个图。然后我们需要写出表达式。就是这样。那么这里就会有一个项。所以,这恰恰是相反的方法。那么,卡诺图是如何工作的呢?因为我们知道,卡诺图实际上是对逻辑表达式的重新排列。所以,它们是相同的。
is this way logical clear?
这种方式逻辑清晰吗?
is there any problem?
有什么问题吗?
i do the same analogy. you have a b c and x, right?
我用同样的类比来说明。你有a、b、c和x,对吧?
x is zero if any of the variables is one. so 1 1 1 is one.
如果其中任何一个变量为1,x就是0。所以,1 1 1就是1。
0 1 0 is one. 0 0 1 is one. and actually it will be a, right? 1 1 0, 1. 1 0 1, 1. 0 1 1, 1.
0 1 0是1。0 0 1也是1。实际上,它就是a,对吧?1 1 0,1。1 0 1,1。0 1 1,1。
and 0 0 0, 0.
还有0 0 0,0。
x is zero if any of the variables is one.
如果其中任何一个变量为1,x就是0。
there's another, the last one.
还有一个,就是最后一个。
what is the last one?
最后一个是什么?
oh, 1 1 1.
哦,1 1 1。
it will be 0.
那它应该是0。
yes. so x 300.
是的。所以是x 300。
so this is the expression that you're gonna get. this is the expression we want to get. based on this graph.
这就是你得到的表达式。这就是我们想要得到的表达式。基于这张图。
is the solution clear? otherwise i will have to explain it again.
这个解清楚了吗?否则我得再解释一遍。
for example, it's actually we have those nature in the track. We use the different gate, different gate, different gate.
比如说,实际上我们在电路中有这些元件。我们使用了不同的门,不同的门,不同的门。
use different logic gates.
使用不同的逻辑门。
the first one, if you have a b, and first you have to get the result.
第一个,如果你有a和b,首先你必须得到结果。
this is a not gate function. this is the not, right?
这是一个非门函数。这就是“非”,对吧?
a and the not.
a和它的非。
this is the and.
这是“与”。
a and b not, this is a. so the second part is a not.
a和b的非,这就是a。那么第二部分就是a的非。
this is the a not, right? a not and b.
这就是a的非,对吧?a的非和b。
and finally the or gate.
最后是与门。
okay, there are totally six expressions.
好的,总共有六个表达式。
i just want to repeat each one.
我想把每一个都重复一遍。
so each one, should i draw this?
那么,每一个,我应该画这个吗?
c and a. okay.
c和a。好的。
let's do c and a. maybe c and a are a little bit complex.
我们来处理c和a。也许c和a会稍微复杂一点。
for c, maybe you can first simplify the expression. that's a little bit.
对于c,也许你可以先简化一下这个表达式。这样会简单一些。
so this is the form for the expression c.
这就是表达式c的形式。
and here
然后这里,
and here
然后这里,
this is actually b.
这实际上是b。
and here we have b b over a.
这里我们有b b除以a。
and this is one.
而这是1。
we are finding this a or b or b.
我们要求的是a或b或b。
and now you can draw the boolean logic circuit.
现在,你可以画出这个布尔逻辑电路了。
you have a, you have b, b and b.
你有a,有b,还有b。
you have a, you have b, b and b.
你有a,有b,还有b。
first you have a or
首先,你有a或
b or b. okay, you have some more and here.
b或b。好的,这里还有一些与门。
this is and logic gate, you will basically see. and you have b, b.
这是与门,你基本上会看到它。然后你有b,还有b。
and then you or them together.
然后把它们一起或起来。
okay, i think we can now simplify it. because all the variables are different. from a to g.
好的,我想我们现在可以简化它了。因为所有的变量都是不同的。从a到g。
there's no overlap or same variables. it's the for each time. it's just a logical direction.
没有重叠或相同的变量。所以,对于每一次来说,都是不同的。这只是一个逻辑上的方向。
it helps you define.
这有助于你进行定义。
so you have a, b, c, d, e, f, g.
所以你有a、b、c、d、e、f、g。
the last one is over here. you have first a and b.
最后一个在这里。首先有a和b。
or a or b, sorry.
或者a,或者b,抱歉。
or a or b, sorry.
或者a,或者b,抱歉。
you have a or b and c or d.
你有a或b,以及c或d。
and then they are still and there.
然后它们仍然在那里。
and and and e. So it's not an e.
还有e。所以它不是e。
a and e or and e.
是a和e,还是and e?
i think they are all connected.
我认为它们都是连在一起的。
next one is a voltage circuit on person a.
下一个是A身上的电压电路。
Let's have a look at the question five here.
让我们来看一下这里的第五题。
So question five, we use a Turing architecture. Turing architecture simplify expressions. And question six, we use a kernel map. So there are two different ways. to simplify the expressions. The first one, question five a. you will use the distributive law, right?
那么,第五题,我们使用的是图灵架构。图灵架构可以简化表达式。第六题,我们使用了核映射。所以,有两种不同的方法。来简化表达式。首先是第五题的a部分。这里要用到分配律,对吧?
And the important thing here is that you can find common variable. You can do two terms. You can put the common variable outside. outside of the bracket.
这里很重要的一点是,你可以找到公因式。你可以对这两项进行操作。你可以把公因式提到括号外面。也就是括号外面。
One or anything is still one. So this way can be used to simplify. Finally, you will get the result like this.
1和任何东西相或,结果还是1。所以,这种方法可以用来简化。最后,你会得到这样的结果。
For the b, similarly. There's a common variable, a not and a b, right? in both terms. They all have a not and b.
对于b,也是同样的方法。这里有一个公因式,就是a非和b,对吧?在两项中都有。它们都包含a非和b。
So you can write the second expression like this. One or anything is one. So finally you will get a not and b.
所以,你可以把第二项表达式写成这样。1和任何东西相或,结果还是1。所以最后你会得到a非和b。
And for c, similarly, you have an ab. a and b or a is a, right?
对于c,同样地,你会得到ab。a和b相或a,结果就是a,对吧?
And if you find like this, you don't have to simplify anymore. It's already the simplest version.
如果你得到这样的结果,就不需要再化简了。这已经是最简形式了。
And for d, similarly. And firstly, you have a and b or a.
对于d,也是同样的道理。首先,你有a和b相或a。
And a is a.
而a就是a。
And for the first term, a and a, you will get a. And similarly for the second term, a and a, you will get a. and similarly for the same term. So you just get one.
对于第一项,a和a相或,结果还是a。同样地,对于第二项,a和a相或,结果也是a。对于第三项也是一样的。所以你最后得到的就是1。
Important is here. a not and a. is zero.
关键在于这里。a的非和a。结果是0。
So the third term and fourth term, they are always zero.
所以,第三项和第四项总是0。
And here you can find there are some variables. a and b.
在这里,你可以看到有一些变量。就是a和b。
because these two terms, you can get it form like this. And one more thing is always one. So you find it's a and b.
因为这两项,你可以得到这样的形式。还有一点,它总是1。所以你得到的是a和b。
and similarly, I think you must find.
同样地,我想你们也能找到。
you will get first term because a and a, you will get a.
第一项是a,因为a和a相或,结果还是a。
but a not c or b not c. or a b.
而a非c或b非c。或者ab。
we have two common terms, right? a b or a b is always a b.
我们有两项是相同的,对吧?ab或ab,结果总是ab。
so it's one.
所以就是1。
and here, i think we cannot simplify anymore, right? it's already the simplest version.
到这里,我想我们不能再化简了,对吧?这已经是最简形式了。
i would like to focus on the question because the question six it's exactly about panorma. how can we solve the panorma? first of all, if you are given an expression, how can you do it, for example, can you solve the panorma? you have three variables, right? you can use either c, a, b or a, b, c. it doesn't matter.
我想重点讨论一下第六题。它正是关于范德蒙矩阵的。我们该如何求解范德蒙矩阵?首先,如果给你一个表达式,你该如何处理呢?比如,你能解出范德蒙矩阵吗?这里有三个变量,对吧?你可以用c、a、b,或者a、b、c。这都无所谓。
if we put the number like this, this is 0, 1. and here will be 0, 0. here only one b can be changed. so who is this?
如果我们把数字这样写出来,这就是0和1。而这里是0和0。这里只有一个b可以改变。那么,这是谁呢?
binary number. only one bit can be changed. so it can be either 0, 1, 1, 1. or 1, 0. only one bit is changed, right?
是二进制数。只有一位可以改变。所以它可以是0、1、1、1。或者是1、0。只有一位发生了变化,对吧?
and then for the third time, they are not enough. so it's here, right? They are not enough in here. second time is a is 1. b is 0. a is 1, b is 0.
到了第三次,就不够了。所以是在这里,对吧?这里不够了。第二次,a是1。b是0。a是1,b是0。
c is 1. so it's here.
c是1。所以是在这里。
for the third time, a is 0. b is 1.
第三次,a是0。b是1。
c is 1.
c是1。
the fourth one, a is 1, b is 1, c is 0. so it's here.
第四个,a是1,b是1,c是0。所以是在这里。
okay, great. this is the karnaugh map for expression a. the second step is it's a group. the adjacent cells, this group of adjacent cells containing 1.
好的,很棒。这是表达式a的卡诺图。第二步是分组。相邻的单元格,这个包含1的相邻单元格组。
okay, there's no adjacent cells containing 1, right?
好的,没有包含1的相邻单元格,对吧?
that means the expression of expression a is already in the simplest version. there is nothing to be simplified anymore.
这意味着表达式a已经是最简形式了。不需要再进一步化简了。
and for the b, for the b, we should at first convert the expression of b. to make it in the form that means the sum of product.
至于b,我们首先要把b的表达式进行转换。把它变成“积之和”的形式。
we should at first convert the expression b to the sum of products, the form like this.
我们首先要把b的表达式转换成这种形式的积之和。
so if you simplify,
所以,如果你进行化简,
the expression b will be this.
b的表达式就会变成这样。
a b not a a b prime
就是a非b,a a非b。
a a c d
还有a a c d。
a a c not
以及a a c非。
so these are the terms. this is the expression we got it. let's simplify in order. if i have a c b not, and a and a is that's give one.
这些就是各项了。这就是我们得到的表达式。我们按顺序来化简。如果我有a c b非,而a和a,结果就是1。
a c d.
a c d。
c and c not is zero. so this term is gone already. we can simplify it further.
c和c非相与是0。所以这一项已经消失了。我们还可以继续化简。
a c b not or b.
a c b非或b。
this is one, right? finally what you get is
这等于1,对吧?最后得到的结果是:
so this is the question five. you use the boolean algebra. to simplify the expression. or you can also use the karnaugh map. but if you use karnaugh map, you should stop here. and not do the following steps. if you do the following steps, you already get the simplest solution.
这就是第五题。你使用了布尔代数。来化简这个表达式。或者,你也可以使用卡诺图。但是如果你用卡诺图,就应该停在这里。不要继续做下面的步骤了。如果你做了那些步骤,其实已经得到了最简解。
and if you have drawn the karnaugh map for expression b, i will stop. there is only a c d.
如果你已经为表达式B画出了卡诺图,我就停在这里。这里只有a、c、d。
so you have c, d, a.
所以是c、d、a。
that's only two points, right?
只有两个点,对吧?
zero, zero, zero, one, one, one.
0、0、0、1、1、1。
zero, zero, zero, one, one, one.
0、0、0、1、1、1。
a is one, d is three zeros. a is one, b is zero, c is one.
a是1,d是三个0。a是1,b是0,c是1。
yeah.
对。
and for the other, always zero.
至于其他的,总是0。
and then you do those little ones. it will be this one and zero.
然后你处理那些小的。那就是这个和0。
and you get the simple expression.
这样你就得到了一个简单的表达式。
and you get the simple expression.
这样你就得到了一个简单的表达式。
a is unchanged. so you are the middle.
a保持不变。所以你是中间的那个。
for efficiency, we have PEA, right?
为了提高效率,我们有PEA,对吧?
let's go like this.
我们就这样吧。
so you have 0, 0, 0, 1, 1, 1. for shy, it's 1, 1, 0.
所以你有0、0、0、1、1、1。对于shy来说,是1、1、0。
the first value is 1, 1, 0. Second value is 0, 1, 0.
第一个值是1、1、0。第二个值是0、1、0。
third value is 0, 0, 0. and for the rest,
第三个值是0、0、0。至于剩下的,
for the rest, we have 0.
都是0。
for the extra key, if you draw the canonical, it should look like this, right? we have three terms. one term here,
至于额外的键,如果你画出规范形式,它应该看起来像这样,对吧?我们有三项。这里有一项,
and for the rest of things, they are zero. and then you have to, you cannot put these three together because
至于其他部分,都是0。然后你必须,不能把这三个放在一起,因为
the number of things should be 2 to the power of n, right? so you should be at least two, four, eight. not just three. so we have to get two groups. This is the first group. and this is the second group.
项数应该是2的n次方,对吧?所以至少应该有2、4、8项。而不仅仅是三个。所以我们必须分成两组。这是第一组。这是第二组。
This is the first group. First one's here. This is the first group. and the two ones below. it is the second group.
这是第一组。第一个在这里。这是第一组。下面还有两个。这是第二组。
okay, for the first group, you can see a is unchanged. b is unchanged. f is changing. so f will be removed. but b, b is always there, so b is not. f is always there.
好的,对于第一组,你可以看到a没有变化。b也没有变化。只有f在变化。所以f会被移除。但是b一直都在,所以b不是。f一直都在。
so this is the first group. the expression for the first group.
所以,这就是第一组。这是第一组的表达式。
and for the second group, the two ones below. b is changing. so b is eliminated.
至于第二组,就是下面的两个。b在变化。所以b被排除了。
e is one, f is zero.
e是1,f是0。
any questions?
有什么问题吗?
课堂最终稿
Pay attention to the edges of the Karnaugh map. The edges are also adjacent, so they can be grouped as well. Groups can be overlapped, but they cannot be completely overlapped—they can only be partially overlapped.
注意卡诺图的边缘。边缘也是相邻的,因此它们同样可以被分组。分组之间可以重叠,但不能完全重叠——只能部分重叠。
Here you can see two different ways to draw the group. Because the group is slightly different, the final solution is also slightly different. It has also been proved mathematically that these two simple expressions are actually identical.
这里你可以看到两种不同的方式来绘制群。由于群略有不同,最终解也略有不同。数学上已经证明,这两个简单表达式实际上是相同的。
Also, one of the strategies is to combine this beta mutation with an alpha mutation. There is only one such combination. In that combination, you can enter either zero or one, depending on whether you can make it larger. If you can make it larger, you simply enter one.
此外,其中一种策略是将这个β突变与一个α突变进行组合。这样的组合只有一种。在该组合中,你可以输入零或一,取决于你是否能将其增大。如果能增大,就直接输入一。
The language will be simpler; the expression will be clearer. We have already finished the first three lectures. In the first lecture, it was mainly about the number system. We have learned what the binary number system is and what the octal number system is. And in the second…
语言会更简洁,表达会更清晰。我们已经完成了前三次课。第一次课主要讲的是数制。我们学习了什么是二进制数制,什么是八进制数制。第二次……
One function of MIT is to have lectures—full-day, half-day, or no-day formats. The duration varies by day. Many of these lectures are about economics. When students want to attend lectures in person, note that these three lectures were also held at the main campus during the first online test period. The online test will be…
MIT的一项功能是开设讲座——有全天、半天或无讲座的安排,时长因日而异。其中许多讲座涉及经济学。当学生希望到场听课时,请注意这三场讲座也是在主校区于第一次在线测试期间举行的。在线测试将会……
The online test will be one hour in duration and will be open for one day. Within that time window, you should log in to your Canvas and finish the online test. The test will probably cover Lecture 1 to Lecture 3.
在线测试时长为一小时,开放时间为一天。在该时间窗口内,请登录你的Canvas并完成在线测试。测试内容大概涵盖第一讲到第三讲。
And the exercises do not only focus on the exam but also on some knowledge that we have learned from Lecture Two and Lecture One. If you can finish the exercises correctly, I think it should be no problem passing the online test. This is probably an excellent chance for you to enhance your understanding of the knowledge we have learned from Lecture One and Lecture Three.
这些练习不仅针对考试,还涉及我们在第二讲和第一讲中学到的一些知识。如果你能正确完成练习,我认为通过在线测试应该没有问题。这很可能是你加深对第一讲和第三讲所学知识理解的一个绝佳机会。
For now, I will give you ten minutes. Go to the first three problems. Use your pen and notebook to solve them.
现在给大家十分钟时间。请做前三道题,用笔和笔记本把答案解出来。
[No discernible lecture content detected in this segment. The audio consists primarily of background noise, shuffling, and coughing with no intelligible speech.]
[该片段未检测到可辨识的讲课内容。音频主要由背景噪音、翻动声和咳嗽声组成,无可理解的语言。]
[No speech content detected in this segment. The audio contains only non-verbal sounds such as coughing, throat clearing, and movement.]
[该片段未检测到语音内容。音频仅包含咳嗽、清嗓子和移动等非语言声音。]
No discernible speech content detected in this segment (1357.0–1417.0 s). The audio contains only ambient noise, breathing, and minor movement sounds.
该片段(1357.0–1417.0 秒)未检测到可辨识的语音内容。音频中仅包含环境噪音、呼吸声及轻微的动作声响。
No discernible speech content detected in this segment (1357.0–1417.0 s). The audio contains only ambient noise, breathing, and minor movement sounds.
该片段(1357.0–1417.0 秒)未检测到可辨识的语音内容。音频中仅包含环境噪音、呼吸声及轻微的动作声响。
No discernible speech content detected in this segment. The audio contains only ambient background noise such as paper rustling and chair movement.
该片段未检测到可辨识的语音内容。音频仅包含翻纸声、椅子移动等环境背景噪音。
Let us look at the first question: why is emotion related to expression? If you remember, there are two forms of emotion. The first form is A or B, and one is inherent to emotion.
我们来看第一个问题:为什么情感与表达相关?如果大家记得,情感有两种形式。第一种形式是A或B,其中一种是情感固有的。
We need to use these two forms for each information. The first one is…
我们需要对每条信息使用这两种形式。第一种是……
First of all, A is correct. Second, B is correct as well. Third, C is false. G is also correct.
首先,A是正确的。其次,B也是正确的。第三,C是错误的。G同样是正确的。
[No substantive teaching content in this segment. The speaker produced only incomplete, abandoned utterances that were never finished or confirmed.]
[本段无实质性教学内容。说话者仅产生了未完成的、被放弃的语句片段,从未说完或确认。]
This is correct. Eyes open, correct. It is open.
这是正确的。睁眼,正确。它是打开的。
Any questions for question one? If the information for A is incorrect, what does the system print?
关于第一题,大家有什么问题吗?如果A的信息是错误的,系统会打印什么?
[This segment consists primarily of keyboard typing sounds with no discernible lecture content.]
[本段主要为键盘打字声,无可辨识的讲课内容。]
Regarding J.P. Morgan, I think we should not call him a prophet. J.P. Morgan made certain predictions. Keep this quote box in mind. J.P. Morgan's words were certainly included in the—
关于J.P.摩根,我认为我们不应称他为先知。J.P.摩根做出过某些预测。请记住这个引用框。J.P.摩根的话确实被包含在——
In the online case, there are these two forms defined. The second common polynomial expression is the sum of product form. What is the sum of product form? It should be an easy one.
在在线情况下,定义了这两种形式。第二种常见的多项式表达式是积之和形式。什么是积之和形式?这应该是一个简单的问题。
This is a product. You should convert each expression to the following form, the form like this. For part (a), you use substitution with Big-O.
这是一个乘积。你们应该把每个表达式转换成如下形式,就是这样的形式。对于第(a)小题,使用大O替换法。
Here we have CD and CE equals CD. You do not need to repeat it twice. Actually, you can simplify it because they are different—just CD here. So this should be one, and finally you get...
这里我们有 CD 和 CE 等于 CD。不需要重复写两次。实际上可以简化,因为它们不同——这里只写 CD。所以这应该等于一,最终你得到……
On the second condition, one gets p and p₀ being zero. So the first condition is satisfied. If you use this on the second equation on the black page, p and p₀ is zero.
在第二个条件下,得到 p 和 p₀ 为零。因此第一个条件得到满足。如果在黑板页上的第二个方程中使用这一点,则 p 和 p₀ 为零。
For the third one, if you spin the ball and want it to come back to you, you can do a simple calculation.
第三个问题,如果你旋转球并希望它回到你手中,你可以做一个简单的计算。
For example, here you have A, B, C, D. BGP is attached to C. There is also BGP here. So, are there more than all of these? Any questions?
例如,这里有 A、B、C、D。BGP 连接在 C 上。这里也有 BGP。那么,是否比这些全部还多?有什么问题吗?
If there are no questions, let's continue with the third one. The third one is the barycentric expression for the description. So x is 1 only if x is 1 and v is 1. So x equals to 1 if and only if x is 1 and v is 1.
如果没有问题,我们继续第三个。第三个是关于描述的重心坐标表达式。所以 x 等于 1 仅当 x 等于 1 且 v 等于 1。即 x 等于 1 当且仅当 x 等于 1 且 v 等于 1。
The most direct way to prove this is to use a truth table. You have A, B.
证明这一点最直接的方法是使用真值表。你有 A、B。
Eight zero zero one zero, zero one zero one zero zero, and one one zero zero one. Eight zero one zero one.
八零零一零,零一零一零零,以及一一零零一。八零一零一。
If you remember the Kano map, how can you read each part? For this one, all of this is one section. It reads from A1 to A2, or this one is labeled AB. This is the way you read the Kano map. Now, this is the opposite way for the Kano map. For the Kano map, the first quadrant and the next quadrant are different, and you have more quadrants. But for this question, it is like—
如果你还记得Kano地图,你该如何读取每个部分?对于这一个,所有这些属于一个区域。它从A1读到A2,或者这个标记为AB。这就是读取Kano地图的方式。现在,这是Kano地图的相反读法。对于Kano地图,第一象限和下一象限是不同的,并且你有更多的象限。但对于这个问题,它类似于——
They give us a range of the Carnot engine and how to use the Carnot engine to calculate efficiency. This is the projection for the year. In our lectures, we have several examples—some problems in general on how to identify the first law of thermodynamics and the Carnot engine, and how to define whether a given term is a heat engine or a Carnot engine or not.
他们给出了卡诺机的范围,以及如何利用卡诺机计算效率。这是本学年的教学规划。在我们的课程中,有多个例题——总体上涉及如何识别热力学第一定律和卡诺机,以及如何判断给定的术语是热机还是卡诺机。
One-to-one. For each equation, we first have this matrix, and then we write down an equation. This is the opposite way: if this one does not need to be a term here, this one needs to be a term here — it is exactly the opposite arrangement. However, we do not have the table; the expression — because we know we cannot rearrange the table. So we add them all, identical.
一一对应。对于每个方程,我们首先有这个矩阵,然后写出一个方程。这是相反的方式:如果这一项不需要出现在这里,那么这一项就需要出现在这里——这恰好是相反的排列。然而,我们没有这个表;这个表达式——因为我们知道无法重新排列这个表。所以我们将它们全部相加,作为相同项。
Wait, both must be here. Similarly, you have a, b, c, and x, right?
等一下,两者都必须在这里。类似地,你有 a、b、c 和 x,对吗?
X is zero if and only if Y equals one. So: one, one, one is one; zero, one, zero is one; zero, zero, one is one. Actually, for the A: one, one, zero, one; one, zero, one, one; zero, one, one, one; and zero, zero, zero, zero.
X 为零当且仅当 Y 等于一。所以:一、一、一为一;零、一、零为一;零、零、一为一。实际上,对于 A:一、一、零、一;一、零、一、一;零、一、一、一;以及零、零、零、零。
The exponential—the marble is... That's another thing, the last one.
指数——弹珠是……这是另一件事,最后一件。
Zero. One. The last one. One, one, one. Oh yes, one, one. One, one, one. Zero, zero, zero. Yes. So x, you have—that's actually—so this expression, the one case. This is the expression, the one case, based on this graph.
零。一。最后一个。一,一,一。对,一,一。一,一,一。零,零,零。是的。所以 x,你得到——实际上——这个表达式,对应的是 1 的情况。这就是该表达式,对应 1 的情况,基于这张图。
This is the solution to what we have seen. For example, next week we are going to use a different logic gate.
这就是我们所见问题的解决方案。例如,下周我们将使用一种不同的逻辑门。
First of all, if we have A prime — the first term here is the complement of B. This is a union. The second term is A complement.
首先,如果我们有A的补集——这里的第一个项是B的补集。这是一个并集运算。第二个项是A的补集。
Handoff under tree, or bin. There are six expressions, and each one has four leaves.
在树结构下进行交接,或者用二叉结构。共有六个表达式,每个表达式有四个叶节点。
CNA. What is CNA of the complex? For C and E, maybe you can first simplify the expression with it.
CNA。复数的CNA是什么?对于C和E,也许你可以先化简含它的表达式。
This is a form for expression C. And here—
这是表达式C的一种形式。而这里——
This is actually B. And here we have B again, or sigma 3. And this is 1. We are writing it as A, or BC, or B. Now, if I go to the original circuit, we have A.
这实际上是 B。这里我们又得到了 B,或者说是 σ₃。而这里是 1。我们把它写成 A,或者 BC,或者 B。现在,回到原始电路,我们有 A。
You have b, c, d, e. First, you have a or, and b, c, d, e. You have more than one here. And what is a? Your a is c. And you have e. You have e, d. And then e or a is better. e or a is better.
你有 b、c、d、e。首先,你有 a 或,以及 b、c、d、e。这里不止一个元素。那么 a 是什么?你的 a 就是 c。你还有 e。你有 e、d。然后 e 或 a 更好。e 或 a 更好。
I am saying that you cannot simply find A. You cannot simply find A because all the variables are different—all the variables are different from A to G. There is no…
我要说的是,你不能简单地求出A。你不能简单地求出A,因为所有变量都不同——从A到G的所有变量都不同。没有……
A line or same matrix is the point that's defined. So you have a, b, c, d. The box is not a circle. You have first a and b.
一条线或同一矩阵即为所定义的点。因此你有 a、b、c、d。方框不是圆。你首先有 a 和 b。
This is A and B. Or A or B. Not A or B. And C or D. And not E. So this is not E.
这是 A 与 B。或者 A 或 B。非(A 或 B)。并且 C 或 D。并且非 E。所以这里是非 E。
This is A and B. Or A or B. Not A or B. And C or D. And not E. So this is not E.
这是 A 与 B。或者 A 或 B。非(A 或 B)。并且 C 或 D。并且非 E。所以这里是非 E。
Consider a point in 3D space, R³. The position vector goes from the origin to that point. Now, the dot product a · b equals the magnitude of a times the magnitude of b times the cosine of the angle between the two vectors.
考虑三维空间 R³ 中的一个点。位置向量从原点指向该点。现在,点积 a · b 等于 a 的模乘以 b 的模再乘以两个向量之间夹角的余弦值。
No discernible lecture content detected in this segment. The audio consists primarily of ambient room noise, movement sounds, and indistinct background activity with no intelligible instructional speech.
该时间段内未检测到可辨识的课堂教学内容。音频主要由环境噪音、移动声及模糊的背景活动声组成,无可理解的授课语音。
[No speech content detected in this segment. The audio contains only non-verbal sounds such as coughing, breathing, and object handling.]
[该片段未检测到语音内容。音频中仅包含咳嗽、呼吸及物品翻动等非语言声音。]
[No discernible speech content detected in this segment. The audio contains only ambient room noise, movement sounds, and occasional coughing.]
[该片段未检测到可辨识的讲课内容。音频中仅包含环境噪音、移动声和偶尔的咳嗽声。]
Let's have a look at question five.
我们来看第五题。
We use algebra to simplify expressions. For question six, we use Kano map. There are two different ways to simplify an expression. For question 5.8, you use the distributive law. The important thing here is that you can find common variables between two terms, and you can put the common variable outside the bracket.
我们使用代数来简化表达式。第六题,我们使用卡诺图。简化表达式有两种不同的方法。第五点八题,你使用分配律。这里的关键在于,你可以在两项之间找到公共变量,然后将公共变量提到括号外面。
One more, and you see here one. This is the way we use to simplify. Finally, when we get the result like this. For b, similarly, x is a common variable, a naught and b, right? For both terms, they all have a naught and b.
再看一项,这里出现了一个一。这就是我们用来化简的方法。最终,当我们得到这样的结果时。对于 b,类似地,x 是一个公共变量,a零 和 b,对吧?对于这两项,它们都含有 a零 和 b。
You set in the expression that not B is 1 for any case when not B is 1. For C, similarly, you have A and B or A. A and B or A is just A.
在表达式中,当 not B 为 1 时,not B 的值就是 1。对于 C,类似地,你有 A and B or A。A and B or A 就等于 A。
If you are not interested in giving the same kind of story in a different version, I will skip it. And for B, similarly. First you have—which parts of that were BA and AB, right?
如果你们不想听同一类论证换一种说法再讲一遍,我就跳过。对于B,类似地。首先你有——其中哪些部分是BA和AB,对吧?
For the first department, you will get both A and B. Similarly, for the second department, they are all common modules, so you just take one.
对于第一个部门,你将同时获得A和B。类似地,对于第二个部门,它们都是公共模块,所以你只需选其中一个。
A and B are not always zero. The third term is not always zero. From variables a and b, you can find that there are always two terms. One coordinate is always one when you translate this end.
A 和 B 并不总是零。第三项也不总是零。从变量 a 和 b 可以看出,始终有两项。当你平移这一端时,其中一个坐标始终为一。
First, we have C. Second, we have A or C, or A and B. There are two common elements. A and B, or A and B, is always A and B. That gives one.
首先,我们有C。其次,我们有A或C,或A与B。其中有两个公共元素。A与B,或A与B,始终等于A与B。结果为一。
You cannot simplify anymore. It is already the simplest version. This form is already the simplest version; you cannot simplify anymore. I would like to focus on question six.
你无法再简化了。它已经是最简形式。这个表达式已经是最简版本,不能再简化了。我想把重点放在第六题上。
This is an exercise about automata. The question is: how can we find an automaton? Here is the first thing. If you are given an expression, how can we draw a corresponding automaton? For A, we have three variables. You can use either C or ABC; it does not matter.
这是一道关于自动机的练习题。问题是:我们如何找到一个自动机?首先,如果给定一个表达式,我们如何画出对应的自动机?对于A,我们有三个变量。你可以使用C或ABC,这没有关系。
If we put a number like this—0, 1—and here it can be 0, 0. The important point here is that only one bit can be changed. For two adjacent binary numbers, only one bit is changed. It can be either 0 1, 1 1, or 1 0—only one bit will change.
如果我们把数写成这样——0、1——这里可以是0、0。关键在于,只能改变一位。对于两个相邻的二进制数,只有一位会发生变化。它可以是0 1、1 1或1 0——只有一位会改变。
For the first time, A equals zero, B equals zero, C equals zero. For the second time, A is one, B is zero, C is one. For the third time, A is zero, B is one, C is one. For the fourth time, A is one, B is one, C is zero.
第一次,A等于零,B等于零,C等于零。第二次,A为一,B为零,C为一。第三次,A为零,B为一,C为一。第四次,A为一,B为一,C为零。
This is the Karnaugh map for expression A. The second step is to group adjacent cells containing 1.
这是表达式A的卡诺图。第二步是将包含1的相邻单元格进行分组。
That means Expression A is already in a state where we do not need to do anything anymore. As for Expression B, you should first convert it into the sum of products form.
也就是说,表达式A已经处于无需再做任何处理的状态。对于表达式B,你应当首先将其转换为积之和的形式。
The sum of products, the product leaves. So if you define that this condition is limited: A B C not, A A C, A C D, A A C C not.
积之和,积项。如果我们将此条件定义为有限制:A B C非,A A C,A C D,A A C C非。
This expression can be simplified further. We have a times t naught, and a and x—that is just one. Since c naught is zero, the expression simplifies to a times t naught over [the remaining denominator]. This equals one.
这个表达式可以进一步简化。我们有 a 乘以 t₀,以及 a 和 x——那就是 1。由于 c₀ 为零,该表达式简化为 a 乘以 t₀ 除以[剩余分母]。这等于 1。
This is exactly the question: use the Fourier transform to simplify an equation. Alternatively, you can use the normal method. However, if you use the normal method, you should stop here and not proceed to the following steps, because once you go through those steps, you already obtain the simplest solution.
这正是本题的关键:利用傅里叶变换来简化方程。当然,你也可以使用常规方法。但如果采用常规方法,应当在此处停止,不要再继续后面的步骤,因为一旦走完那些步骤,你就已经得到了最简解。
If you have a control system, the output R(s) and C(s)—there is only A(s), B(s), C(s).
如果你有一个控制系统,输出 R(s) 和 C(s)——只有 A(s)、B(s)、C(s)。
So let's see. That's only two points, right? 0, 0, 0, 1, 1, 1. A equals 1, B equals 0, C equals 0. A equals 1, B equals 0, C equals 1. A equals 1, B equals 1, C equals 1.
我们来看一下。只有两个点了,对吧?0,0,0,1,1,1。A等于1,B等于0,C等于0。A等于1,B等于0,C等于1。A等于1,B等于1,C等于1。
So let's see. That's only two points, right? 0, 0, 0, 1, 1, 1. A equals 1, B equals 0, C equals 0. A equals 1, B equals 0, C equals 1. A equals 1, B equals 1, C equals 1.
我们来看一下。只有两个点了,对吧?0,0,0,1,1,1。A等于1,B等于0,C等于0。A等于1,B等于0,C等于1。A等于1,B等于1,C等于1。
A normal subgroup of G. For each coset, there is a single representative. Every element in the coset can be represented by one representative. If a is an element, then the coset aH equals bH if and only if a⁻¹b is in H.
G 的正规子群。对于每个陪集,存在唯一的代表元。陪集中的每个元素都可以由一个代表元来表示。若 a 是其中一个元素,则陪集 aH 等于 bH 当且仅当 a⁻¹b 属于 H。
The sequence is 01101101101101. The first three is 110, the second three is 010, the third three is 010, giving 000.
该序列为 01101101101101。第一组三位是 110,第二组三位是 010,第三组三位是 010,结果为 000。
Consider the input 010. Under normal operation, the output should return to 010. However, due to a race condition, the output may momentarily become 000. There are three terms in this circuit; one of them is 11. The race occurs because of the timing mismatch among these terms.
考虑输入 010。在正常工作情况下,输出应返回 010。然而,由于竞争条件,输出可能会短暂变为 000。该电路中有三个项,其中一项为 11。竞争的产生是因为这些项之间存在时序不匹配。
For the remaining sets, they are available. However, you cannot put these three together because the number of sets must equal the power of n. So it should be at least 4n minus 3. Therefore, we need two groups: this is the first group, and this is the second group.
对于剩余的集合,它们是可用的。然而,你不能将这三个放在一起,因为集合的数量必须等于 n 的幂。所以它至少应该是 4n 减 3。因此,我们需要两个组:这是第一组,这是第二组。
This is the first group. Here it is the first group; below it is the second group. For the first group, we can see that E is unchanged and F is changing. What is F? F is always zero. E is not zero. F is always zero.
这是第一组。这里是第一组;下面是第二组。对于第一组,我们可以看到E不变,F在变化。F是什么?F始终为零。E不为零。F始终为零。
For the first group, and for the second element—the first one is oxygen—P is given by n = 1, l = 0. Any questions?
对于第一组,以及第二个元素——第一个是氧——P 由 n = 1, l = 0 给出。有问题吗?
[No lecture speech content detected in this segment. The audio contains only non-verbal sounds such as coughing, ambient room noise, and incidental sounds.]
[该片段未检测到讲课语音内容。音频中仅包含咳嗽声、环境噪音及偶发声响等非语言声音。]
Break time. Any questions?
休息时间。有什么问题吗?
课程总结
课程概览
本次课为《电子电气工程导论》10月8日第一至二节,主要内容是前三讲回顾与第三讲练习/习题课。教师先回顾已经完成的课程:第一讲主要是数制,包括二进制数制(binary number system)和八进制数制(octal number system);第二讲主要是逻辑门,包括与门(AND gate)、或门(OR gate)、非门(NOT gate)、或非门(NOR gate)等;第三讲主要是卡诺图(Karnaugh map)及其在逻辑表达式化简中的应用。
本次课随后进入第三讲相关练习。教师安排了多道题,分别覆盖德摩根定理(DeMorgan’s theorem)、积之和形式(sum of products, SOP)转换、由真值表和卡诺图写表达式、用逻辑门画电路、用布尔代数化简表达式、用卡诺图化简表达式。教师特别强调,化简表达式有两种常见方法:一种是用布尔代数/布尔运算律,另一种是用卡诺图;两种方法可以得到相同或等价的化简结果。
教师还说明了在线测试安排:在线测试在 Canvas 上进行,时长约一小时,开放窗口约一天,内容大概覆盖第一讲到第三讲。教师认为,如果课堂练习能够正确完成,通过在线测试应当问题不大。练习的主要目的不是只应付考试,而是加深对第一讲、第二讲和第三讲知识的理解。
需要特别说明:课堂材料同时包含实时字幕和精修稿,其中存在大量自动语音识别错误。例如 Karnaugh map 被误识别为 Kano map、Carnot engine、panorma、kernel map 等;DeMorgan’s theorem 被误识别为 emotion、democracy、moment theory 等;Boolean algebra 被误识别为 Turing architecture 等;sum of products 也有多处识别不稳。本总结只保留能够由上下文交叉验证、且与数字逻辑/电子电气导论相关的内容。明显无关或不可靠的片段,如热力学卡诺机、群论陪集、量子比特、J.P. Morgan、3D 点积等,不作为课堂知识内容展开。
主要内容
1. 前三讲回顾与课程进度
教师首先回顾前三讲内容:
- 第一讲:数制。重点是二进制数制、八进制数制。二进制是后续逻辑门、真值表、卡诺图的基础。
- 第二讲:逻辑门。学习了与门、或门、非门、或非门等基本逻辑门。
- 第三讲:卡诺图。卡诺图用于逻辑表达式化简,是数字逻辑设计中的常用工具。
教师指出,这些内容也是在线测试的主要范围。第三讲的练习不仅涉及卡诺图,也会用到第一讲和第二讲中已经学过的数制、逻辑门和布尔关系。
2. 在线测试与练习要求
教师说明:
- 在线测试会很快发布或开放。
- 测试在 Canvas 上完成,需要登录校园/课程系统。
- 在线测试时长约一小时。
- 开放时间约一天,存在时间窗口限制。
- 测试内容大概覆盖第一讲到第三讲。
- 课堂练习如果能在考试中正确完成,说明基本掌握,通过在线测试应无大问题。
教师安排约十分钟时间做前面的题目。实时字幕称“前四题”,精修稿称“前三题”,二者不一致;可以确认的是教师要求用笔和笔记本写出解题过程,而不是只看答案。
3. 题1:德摩根定理
题1要求把德摩根定理应用到逻辑表达式变换中。教师强调要记住德摩根定理的两种形式:
或的取反变成取反后的与:
[ \overline{A+B}=\overline{A}\cdot\overline{B} ]与的取反变成取反后的或:
[ \overline{A\cdot B}=\overline{A}+\overline{B} ]
课堂中教师逐项检查学生答案。部分小题正确,例如 A、B、C、G、J 等被提到,但 A 的答案中出现了一处小错误,教师指出需要检查,可能涉及某个变量应写成“非 n”或取反形式。由于字幕识别不稳定,具体变量名无法完全确认,但核心是:使用德摩根定理时,必须同时改变运算符号并对每个变量取反。
教师还反复强调“keep these two forms in mind”,即必须牢记这两种形式,因为它们会出现在在线测试和相关化简题中。
4. 题2:转换为积之和形式(SOP)
题2要求把给定表达式转换为积之和形式。教师解释:
- 积之和形式就是若干个乘积项相加/相或。
- 乘积项通常是一个或多个变量相与,例如 (AB)、(CD)、(A\overline{B}C)。
- 积之和形式形如:
[ AB+CD+A\overline{C} ]
转换时主要使用分配律: [ X(Y+Z)=XY+XZ ]
教师给出的例子中包括:
- 出现 (CD) 和 (CD) 时,可以合并为一个 (CD),不需要重复写两次。
- 出现 (B\cdot\overline{B}) 时,结果为 0: [ B\overline{B}=0 ]
- 出现 (B+B') 时,结果为 1: [ B+\overline{B}=1 ]
- 出现 (1+) 任何项时,结果为 1: [ 1+X=1 ]
- 出现 (0+) 任何项时,保留原项: [ 0+X=X ]
教师通过分配律展开表达式,再用互补律、恒等律和吸收律进行化简。
5. 题3:由真值表和卡诺图写表达式
题3主要训练从真值表或卡诺图反向写出逻辑表达式。教师先给出一个简单例子:
| A | B | X |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
这个真值表说明:只有当 (A=1) 且 (B=1) 时,(X=1)。因此: [ X=AB ]
教师进一步说明,卡诺图通常是从表达式或真值表画出来,用于化简;但本题是反向操作:已经给出卡诺图或真值表,要读出表达式。方法是:
- 找到所有输出为 1 的单元格。
- 每个 1 对应一个最小项。
- 把这些最小项相或,得到积之和形式。
- 若多个 1 相邻,可以合并成更大的组,从而消去变化变量。
课堂中还出现了一个三变量例子 (A,B,C,X)。精修稿列出若干组合为 1,例如 111、010、001、110、101、011 为 1,000 为 0,这暗示输出可能是“任一变量为 1 时输出为 1”,即: [ X=A+B+C ] 但实时字幕中同一片段又出现“111 为 0”等矛盾说法,因此该三变量例子的具体答案不宜死记。可确定的是方法:先列真值表或填卡诺图,再根据为 1 的输入组合写出 SOP 表达式。
6. 题4:布尔表达式的逻辑门电路实现
题4要求根据布尔表达式画出逻辑门电路。教师提到会使用不同逻辑门:非门、与门、或门等。操作步骤可以概括为:
- 先观察表达式,能化简的先化简。
- 对每个取反变量使用非门(NOT gate)。
- 对每个乘积项使用与门(AND gate)。
- 对各个乘积项使用或门(OR gate)合并。
- 最后得到完整逻辑电路。
教师重点讲了两个较复杂的表达式,可能涉及变量 (A) 到 (G)。课堂中提到这些变量彼此不同,没有太多重复变量,因此更多是“逻辑方向”的搭建问题。对于较复杂的表达式,教师建议先化简,再画电路,以减少门的使用数量。
7. 题5:用布尔代数化简表达式
题5要求使用布尔代数化简表达式。教师明确说,题5和题6是两种不同方法:
- 题5:用布尔代数/布尔运算律化简。
- 题6:用卡诺图化简。
题5中使用的主要技巧包括:
- 分配律和提取公因式: [ AB+AC=A(B+C) ]
- 如果括号内出现 (1+) 任何项,则括号内为 1: [ 1+X=1 ]
- 重叠律: [ A+A=A,\quad A\cdot A=A ]
- 互补律: [ A+\overline{A}=1,\quad A\cdot\overline{A}=0 ]
- 吸收律: [ A+AB=A ]
- 0 与任何项相与为 0: [ 0\cdot X=0 ]
课堂具体讨论:
- 题5a:找两项之间的公共变量,把公因式提到括号外;再利用 (1+任何项=1) 化简。
- 题5b:两项中都有公因式 (\overline{A}) 和 (B),最终可得到类似 (\overline{A}B) 的结果。
- 题5c:出现 (AB+A),根据吸收律 (AB+A=A),已经是最简形式,不必继续化简。
- 题5d:出现 (A\cdot A=A),以及 (\overline{A}\cdot A=0),因此有些项直接为 0。教师指出第三项、第四项可能总是 0,只剩少数变量项。
- 题5e:继续使用 (A\cdot A=A)、重复项合并等。实时字幕提到两项相同如 (AB+AB=AB),但随后“so it’s one”的表述可能识别有误;正确理解应为相同项合并,而不是直接变 1,除非出现互补项 (AB+\overline{AB}=1)。
教师总结:如果已经得到最简形式,就不要再继续化简。题5和题6可以互相验证;若用卡诺图化简,通常在卡诺图分组后即可停止,不必再走布尔代数的后续步骤。
8. 题6:用卡诺图化简表达式
题6是本次练习的重点。教师详细讲了卡诺图化简的步骤:
- 如果给定的是普通布尔表达式,先把它转换为积之和形式(SOP)。
- 根据变量个数画卡诺图。变量顺序可以不同,例如 (C,A,B) 或 (A,B,C),只要保持格雷码相邻关系即可。
- 把表达式中每个乘积项对应的最小项填入 1,其余填 0。
- 对相邻的 1 进行分组。相邻包括水平、垂直以及卡诺图边缘的相邻。
- 每组大小必须是 2 的幂:1、2、4、8 等,不能是 3。
- 组与组之间可以重叠,但不能完全重叠,只能部分重叠。
- 对每一组,消去组内变化的变量,保留不变的变量。若变量在组内恒为 1,写原变量;若恒为 0,写反变量。
- 把各组得到的乘积项相或,得到化简后的表达式。
教师用题6a说明:如果卡诺图中为 1 的单元格没有相邻项,则表达式已经是最简形式,不能再化简。教师又用题6b说明:若图中有三个 1,不能把三个 1 放在一组,因为组大小必须是 2 的幂,所以必须分成两组,例如一组两个 1、另一组两个 1,允许部分重叠以保证覆盖所有 1。第一组中不变变量保留,变化变量消去;第二组同理。最后得到简化表达式。
教师还提到卡诺图的边缘也是相邻的,因此边缘上的 1 可以与另一边缘的 1 分组。不同分组方式可能得到不同形式,但数学上可能等价。
9. 卡诺图分组规则与易错点
课堂反复强调的卡诺图规则:
- 卡诺图按格雷码排列,相邻单元格只有一位变化。
- 边缘相邻:最左列与最右列相邻,最上行与最下行相邻,四个角也可能相邻。
- 分组必须包含 1;也可以利用无关项,但本次课未充分展开。
- 每组中的 1 的个数必须是 2 的幂,即 1、2、4、8、16 等。
- 组可以重叠,但不能完全重叠,只能部分重叠。
- 组越大,消去的变量越多,表达式越简。
- 必须覆盖所有为 1 的单元格。
- 从组写项时:组内不变的变量保留;变化的变量消去。
- 若同一表达式用不同方式分组,可能得到不同但等价的表达式。
10. 竞争条件/时序不匹配片段
材料中还出现了一个与竞争条件(race condition)有关的片段:提到输入 010,正常工作时输出应返回 010,但由于竞争条件,输出可能短暂变为 000;电路中有三个项,其中一项为 11,竞争由这些项之间的时序不匹配造成。该部分转录不完整,教师未展开完整定量计算。可确认的是:数字逻辑电路中,除了逻辑化简,还可能考虑时序不匹配导致的短暂错误输出,这类问题称为竞争或冒险。后续若教材涉及,可结合卡诺图冗余分组理解。
关键知识点与详细解释
数制
第一讲涉及二进制数制(binary number system)和八进制数制(octal number system)。二进制只有 0 和 1,是逻辑变量、真值表和逻辑门电路的基础。八进制是一种以 8 为基的数制,常用于简化二进制表示。后续逻辑表达式中的变量取值、真值表填写、卡诺图坐标编号都依赖二进制。
逻辑门
第二讲涉及基本逻辑门:
- 非门 NOT:输出为输入的反。
- 与门 AND:所有输入为 1 时输出才为 1。
- 或门 OR:任一输入为 1 时输出为 1。
- 或非门 NOR:或门输出再取反。
- 课堂还提到 NAND?材料中主要明确提到 AND、OR、NOT、NOR;NAND 未清楚展开,不宜擅自补充为课堂重点。
逻辑门是布尔表达式的硬件实现。给定布尔表达式,可以用非门实现取反,用与门实现乘积项,用或门实现乘积项相加。
布尔代数基本关系
课堂中反复使用的布尔关系包括:
- 分配律:
[ A(B+C)=AB+AC ] - 互补律:
[ A+\overline{A}=1,\quad A\cdot\overline{A}=0 ] - 重叠律:
[ A+A=A,\quad A\cdot A=A ] - 恒等律:
[ 1+X=1,\quad 0+X=X,\quad 0\cdot X=0 ] - 吸收律:
[ A+AB=A ] - 德摩根定理:
[ \overline{A+B}=\overline{A}\cdot\overline{B} ] [ \overline{A\cdot B}=\overline{A}+\overline{B} ]
这些关系是题1、题2、题5化简的基础。
德摩根定理
德摩根定理用于处理“整体取反”。关键口诀:
- 或取反,变与,且每个变量取反。
- 与取反,变或,且每个变量取反。
例如: [ \overline{A+B}=\overline{A}\overline{B} ] [ \overline{AB}=\overline{A}+\overline{B} ]
教师强调要记住两种形式,因为在线测试和化简题中会反复出现。
积之和形式(SOP)
积之和形式是“若干乘积项相或”。乘积项由变量相与构成,项与项之间相或。例如: [ F=AB+\overline{A}C+BC ]
从普通表达式转换为 SOP,通常使用分配律展开。注意:
- (B\overline{B}=0),该项可删除。
- (B+\overline{B}=1),若与其它项相或,可能使整个括号为 1。
- (CD+CD=CD),重复项合并。
- (1+任何项=1)。
真值表与卡诺图的双向关系
真值表列出所有输入组合及其输出。卡诺图是把真值表按格雷码重排成二维网格。两者关系:
- 从真值表到卡诺图:把每个输出为 1 的输入组合填入对应格。
- 从卡诺图到表达式:把每个 1 分组,读出不变化的变量,写出乘积项,再相或。
- 从表达式到卡诺图:先转为 SOP,每个乘积项对应一个或多个 1 格;若乘积项缺少某变量,则该变量取 0 或 1 的两个格都填 1。
卡诺图分组规则
卡诺图化简的核心是分组:
- 相邻格只有一位变化。
- 边缘相邻。
- 组大小必须是 2 的幂:1、2、4、8……
- 组可重叠,但不能完全重叠,只能部分重叠。
- 组越大越好,但必须覆盖所有 1。
- 组内变化变量消去,不变变量保留。
从卡诺图写表达式
对每一组:
- 若某变量在组内始终为 1,则写该变量本身。
- 若某变量在组内始终为 0,则写该变量的反。
- 若某变量在组内既有 0 又有 1,即变化,则消去。
- 各组结果相或,得到化简表达式。
例如两个相邻格中 (A) 变化、(B) 恒为 1,则该组对应 (B)。
逻辑电路绘制
步骤:
- 化简布尔表达式。
- 对反变量使用 NOT 门。
- 对每个乘积项使用 AND 门。
- 对乘积项使用 OR 门合并。
- 若表达式复杂,先化简可显著减少门数量。
两种化简方法比较
- 布尔代数法:适合项数少、结构明显、能直接提取公因式或使用吸收律的表达式。题5使用此法。
- 卡诺图法:适合变量较少、可以画图分组的情况。题6使用此法。卡诺图法更直观,但变量多时图会变大。
- 两种方法可能得到不同形式,但数学上等价。
在线测试信息
- 平台:Canvas。
- 时长:约一小时。
- 开放窗口:约一天。
- 范围:大概第一讲到第三讲。
- 建议:认真完成课堂练习题,尤其是德摩根、SOP、卡诺图和逻辑门电路。
易错点
- 德摩根定理忘记对每个变量取反。
- 德摩根定理忘记把与变或、或变与。
- SOP 转换时忘记使用分配律展开。
- 误把 (A+A) 写成 1,正确是 (A+A=A)。
- 误把 (A\cdot A) 写成 0,正确是 (A\cdot A=A)。
- (A\cdot\overline{A}=0),不是 1。
- (A+\overline{A}=1),不是 0。
- 卡诺图分组大小写成 3,错误;必须是 2 的幂。
- 忘记卡诺图边缘相邻。
- 分组不能完全重叠,只能部分重叠。
- 从卡诺图读项时,忘记变化变量应消去,不变变量才保留。
- 题5和题6不要重复化简到混乱;若卡诺图已得到最简,通常停在那里即可。
- 竞争条件/时序不匹配可能导致输出短暂错误,不能只看静态逻辑表达式。
课堂示例与问题
示例1:题1德摩根定理检查
教师逐项检查德摩根定理应用。部分答案正确,部分需要修正。A 的答案中有一处小错误,教师提示检查。核心问题是:使用德摩根定理时,不仅要改变运算,还要对所有变量取反。教师反复强调记住两种形式: [ \overline{A+B}=\overline{A}\overline{B},\quad \overline{AB}=\overline{A}+\overline{B} ]
示例2:题2转换为 SOP
教师展示如何将表达式转换为积之和形式。重点操作:
- 用分配律展开括号。
- 重复项合并,例如 (CD+CD=CD)。
- 互补项为 0,例如 (B\overline{B}=0)。
- 互补项为 1,例如 (B+\overline{B}=1)。
- 与 1 相或结果为 1,例如 (1+X=1)。
- 与 0 相与结果为 0,例如 (0\cdot X=0)。
示例3:题3由真值表写表达式
简单例子:
| A | B | X |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
因此: [ X=AB ]
教师进一步用三变量例子说明从卡诺图反向读表达式。由于字幕转录矛盾,具体三变量答案不宜强行记忆;应掌握“找 1、分组、读不变变量、相或”的方法。
示例4:题4画逻辑电路
教师以较复杂表达式为例,说明如何用 NOT、AND、OR 门实现。步骤是先化简,再用非门处理反变量,用与门处理乘积项,用或门合并各项。课堂提到有六个表达式,每个表达式有若干叶节点或门级连接;对于复杂变量,先化简再画图更清晰。
示例5:题5布尔代数化简
教师讲解:
- 题5a:提取公因式,利用 (1+X=1)。
- 题5b:两项都有 (\overline{A}) 和 (B),提取后得到类似 (\overline{A}B)。
- 题5c:(AB+A=A),已最简。
- 题5d:利用 (A\cdot A=A)、(\overline{A}\cdot A=0),删除恒为 0 的项。
- 题5e:重复项合并,能合并就合并;若已经最简就停止。
教师提醒,题5用布尔代数,题6用卡诺图;两种方法都可以化简表达式。
示例6:题6卡诺图化简
题6a:画出卡诺图后,发现为 1 的格没有相邻项,因此表达式已经最简,无需继续化简。
题6b:先转换为 SOP,再填卡诺图。图中有若干 1,不能把三个 1 放成一组,因为卡诺图组大小必须是 2 的幂。教师将其分成两组,第一组和第二组分别处理。第一组中不变化的变量保留,变化的变量消去;第二组同理。最后把两组结果相或。教师强调边缘相邻和部分重叠。
课堂问答与安排
- 教师问:“关于第一题,有什么问题吗?”
- 教师问:“这个解清楚吗?否则我会再解释一遍。”
- 教师问:“有什么问题吗?”
- 教师安排约十分钟做前面几道题。
- 教师说明在线测试在 Canvas 上,时长一小时,开放一天,覆盖第一讲到第三讲。
- 教师最后说“休息时间。有什么问题吗?”
竞争条件示例
材料提到:输入 010 时,正常输出应返回 010;但由于竞争条件,输出可能短暂变为 000。电路中有三个项,其中一项为 11;竞争由各项之间的时序不匹配造成。该片段转录不完整,但提示数字逻辑中除静态化简外,还要注意时序冒险。
AI 延伸解释
以下内容是为了帮助理解而补充,并非教师原话。
德摩根定理可以用真值表直接验证。
例如 (\overline{A+B}) 只有在 (A=0,B=0) 时为 1;而 (\overline{A}\overline{B}) 也只有在 (A=0,B=0) 时为 1。因此二者等价。同理,(\overline{AB}) 与 (\overline{A}+\overline{B}) 在所有输入组合下等价。SOP 与 POS 的区别。
课堂主要要求 SOP,即积之和,例如 (AB+CD)。另一种标准形式是 POS,即和之积,例如 ((A+B)(C+D))。卡诺图也可以用于求 POS,通常通过分组 0 来实现,但本次课重点是 SOP。卡诺图为什么按格雷码排列。
格雷码保证相邻格只有一个变量变化。这样两个相邻格合并时,变化的那个变量可以被消去,只保留不变变量。边缘相邻也是同样道理。为什么卡诺图分组大小必须是 2 的幂。
一组中有 (2^n) 个格时,恰好有 (n) 个变量在组内变化并能被消去。若组大小不是 2 的幂,就不能保证每个变化变量成对出现,无法对应一个乘积项。因此组只能是 1、2、4、8 等。竞争冒险与冗余项。
课堂片段提到时序不匹配导致输出短暂错误,这通常称为静态冒险。工程上可以在卡诺图中增加一个冗余分组,覆盖两个相邻组之间的边界,从而消除这种短暂错误。这个内容教师本次未完整展开,但可与“组可以部分重叠”的规则联系起来理解。备考建议。
复习时建议按三条线整理:一是布尔代数律,尤其是德摩根、互补律、吸收律;二是卡诺图步骤,尤其是边缘相邻、组大小 2 的幂、部分重叠;三是题5和题6的对照,即同一个表达式分别用代数法和卡诺图法化简,检查结果是否一致。
英语术语学习表
| English term | 中文含义 | 课堂语境与用法 | Example sentence |
|---|---|---|---|
| binary number system | 二进制数制 | 第一讲内容,逻辑变量和真值表的基础 | The binary number system uses only 0 and 1. |
| octal number system | 八进制数制 | 第一讲数制内容 | Octal is base 8 and is related to binary. |
| logic gate | 逻辑门 | 第二讲核心概念 | A logic gate implements a Boolean function. |
| AND gate | 与门 | 所有输入为 1 时输出为 1 | The AND gate outputs 1 only when both inputs are 1. |
| OR gate | 或门 | 任一输入为 1 时输出为 1 | The OR gate outputs 1 if any input is 1. |
| NOT gate | 非门 | 对输入取反 | A NOT gate inverts the input signal. |
| NOR gate | 或非门 | 或门输出再取反 | A NOR gate is an OR gate followed by a NOT gate. |
| Karnaugh map | 卡诺图 | 第三讲核心工具,用于化简逻辑表达式 | We use a Karnaugh map to simplify Boolean expressions. |
| Boolean algebra | 布尔代数 | 题5使用的化简方法 | Boolean algebra provides laws for simplifying expressions. |
| DeMorgan’s theorem | 德摩根定理 | 题1核心内容 | DeMorgan’s theorem changes an OR operation into an AND operation with inverted inputs. |
| sum of products | 积之和 | 题2要求转换的形式 | The expression AB + CD is in sum-of-products form. |
| product term | 乘积项 | SOP 中的每一项 | Each product term is formed by ANDing variables. |
| distributive law | 分配律 | 用于展开表达式 | The distributive law gives A(B + C) = AB + AC. |
| truth table | 真值表 | 列出所有输入组合和输出 | A truth table lists the output for every input combination. |
| adjacent cells | 相邻单元格 | 卡诺图中可合并的格 | Adjacent cells in a Karnaugh map can be grouped. |
| grouping | 分组 | 卡诺图化简的关键步骤 | Grouping ones helps eliminate changing variables. |
| overlap | 重叠 | 卡诺图组与组之间可以部分重叠 | Groups may overlap partially, but not completely. |
| simplified expression | 化简后的表达式 | 布尔代数或卡诺图的最终结果 | The simplified expression uses fewer gates. |
| race condition | 竞争条件 | 材料中提到的时序不匹配问题 | A race condition can cause a temporary wrong output. |
| Canvas | 课程管理平台 | 在线测试登录平台 | You should log in to Canvas to take the online test. |
| online test | 在线测试 | 本次课说明的测试安排 | The online test lasts about one hour. |
复习提纲
一、概念层
- 什么是二进制数制?它与逻辑变量、真值表有什么关系?
- 什么是八进制数制?它在数字系统中有什么作用?
- 基本逻辑门有哪些?AND、OR、NOT、NOR 的真值表和功能分别是什么?
- 什么是布尔代数?布尔代数在逻辑表达式化简中的作用是什么?
- 什么是积之和形式(SOP)?乘积项和求和分别对应什么逻辑运算?
二、定理与公式层
- 写出德摩根定理的两种形式,并说明如何记忆。
- 写出分配律、互补律、重叠律、恒等律、吸收律。
- 说明 (A+A)、(A\cdot A)、(A+\overline{A})、(A\cdot\overline{A}) 分别等于什么。
- 说明 (1+X)、(0+X)、(0\cdot X) 分别等于什么。
三、卡诺图层
- 卡诺图如何排列变量?为什么使用格雷码?
- 什么是边缘相邻?四个角和边缘如何合并?
- 卡诺图分组大小为什么必须是 2 的幂?
- 组与组之间可以重叠吗?完全重叠和部分重叠有什么区别?
- 如何从卡诺图写出化简表达式?变化变量和不变变量如何处理?
- 如果为 1 的格没有相邻项,说明什么?
- 如果图中有三个 1,为什么不能直接分成一组?
四、题目方法层
- 题1:如何用德摩根定理变换表达式?哪些地方容易忘记取反?
- 题2:如何把普通表达式转换为 SOP?分配律如何使用?
- 题3:如何由真值表写表达式?如何由卡诺图反向写表达式?
- 题4:如何根据布尔表达式画逻辑电路?先化简再画图有什么好处?
- 题5:布尔代数化简常用哪些定律?提取公因式后如何判断括号内是否为 1?
- 题6:卡诺图化简的完整步骤是什么?如何检查是否已经最简?
五、易错点与备考层
- 德摩根定理中运算符号是否改变?每个变量是否都取反?
- (A+A) 是否可能误写成 1?正确结果是什么?
- (A\cdot A) 是否可能误写成 0?正确结果是什么?
- 卡诺图分组是否出现 3 个一组?为什么错误?
- 是否忘记卡诺图边缘也可以相邻?
- 是否忘记组与组只能部分重叠,不能完全重叠?
- 从卡诺图读项时,是否错误保留了变化变量?
- 在线测试平台、时长、开放窗口和覆盖范围分别是什么?
- 题5和题6两种化简方法如何互相验证?
- 竞争条件/时序不匹配为什么可能导致输出短暂错误?课堂提到时应如何理解?