KWALIFIKACJA ELM6 - CZERWIEC 2014

PYTANIE NR 20.
Jaką funkcję logiczną realizuje układ przedstawiony na schemacie?
Ilustracja przedstawia schemat logiczny układu elektronicznego, który jest częścią pytania egzaminacyjnego z kwalifikacji
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Układ najpierw neguje oba wejścia (powstają sygnały ¬I1 oraz ¬I2), a następnie podaje je na bramkę OR, więc Q = (¬I1) ∨ (¬I2). Z prawa De Morgana wynika, że (¬I1) ∨ (¬I2) = ¬(I1 ∧ I2), czyli jest to funkcja NAND (negacja AND).

Pełne wyjaśnienie:

Na schemacie (symbolika prostokątna IEC) widać dwa tory wejściowe z negacją oraz bramkę sumy logicznej na wyjściu.

Krok 1: odczyt bramek wejściowych.
Każdy z dwóch pierwszych bloków ma oznaczenie "1" oraz kółko negacji na wyjściu. Oznacza to, że sygnały wejściowe są odwracane:
z I1 powstaje ¬I1, a z I2 powstaje ¬I2.

Krok 2: odczyt bramki wyjściowej.
Trzeci blok ma w środku "≥1", co odpowiada bramce OR (wyjście jest w stanie 1, gdy co najmniej jedno wejście jest 1). Zatem na wyjściu otrzymujemy:
Q = (¬I1) ∨ (¬I2).

Krok 3: sprowadzenie do standardowej nazwy funkcji.
W zadaniu pytanie dotyczy funkcji logicznej, a nie tego, czy fizycznie użyto jednej bramki NAND czy kilku elementów. Stosujemy więc prawo De Morgana:
¬(I1 ∧ I2) = (¬I1) ∨ (¬I2).
Po przekształceniu dostajemy równoważną postać:
Q = ¬(I1 ∧ I2), czyli dokładnie funkcję NAND (NOT-AND).

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?

  • NOR: NOR to negacja OR, czyli Q = ¬(I1 ∨ I2). Na schemacie nie ma negacji na wyjściu bramki "≥1", więc to nie jest NOR.
  • AND: AND to Q = I1 ∧ I2. Tutaj oba sygnały są najpierw odwracane, a potem sumowane, więc wynik nie jest prostym AND.
  • OR: OR to Q = I1 ∨ I2. Choć ostatni blok jest OR, to jego wejścia to ¬I1 i ¬I2, więc cała funkcja to OR z negowanych sygnałów, a nie OR z sygnałów pierwotnych.

Wskazówka egzaminacyjna: gdy widzisz OR z negowanymi wejściami, rozważ prawo De Morgana — bardzo często prowadzi ono do postaci NAND.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Bramka NAND realizuje negację iloczynu logicznego: Q = ¬(A ∧ B). Daje stan 0 tylko wtedy, gdy oba wejścia mają stan 1. Jest nazywana bramką uniwersalną, bo z samych NAND można zbudować inne funkcje logiczne.
Najczęściej wskazuje to kółko negacji (tzw. "bubble") umieszczone na wyjściu lub wejściu bramki. Oznacza ono operację NOT dla danego sygnału. Brak kółka na wyjściu zwykle oznacza brak negacji wyniku.
To bezpośredni skutek prawa De Morgana: (¬A) ∨ (¬B) = ¬(A ∧ B). Jeśli więc najpierw odwrócisz A i B (NOT), a potem zsumujesz je (OR), otrzymasz dokładnie negację AND, czyli NAND.
Oznacza, że wyjście Q jest w stanie 1 w każdym przypadku poza sytuacją, gdy oba wejścia I1 i I2 są jednocześnie w stanie 1. Taka logika jest często używana do wykrywania "nie spełniono wszystkich warunków naraz".
Typowe błędy to: przeoczenie kółka negacji, uznanie że ostatnia bramka (OR) determinuje całość bez analizy wejść, oraz brak zastosowania praw De Morgana. Warto zawsze zapisać równanie logiczne krok po kroku.
Nie zawsze. Często szybciej jest zapisać wyrażenie logiczne z kolejnych bramek i użyć przekształceń Boole’a (np. De Morgana). Tablica prawdy jest dobrą metodą kontrolną, gdy masz wątpliwości lub układ jest bardziej złożony.
NOR to negacja OR: ¬(A ∨ B), więc zwykle zobaczysz bramkę OR z negacją na wyjściu. NAND to negacja AND: ¬(A ∧ B). Często pojawia się jako AND z negacją na wyjściu albo jako OR z negowanymi wejściami (De Morgan).
Ponieważ z odpowiednich połączeń samych bramek NAND da się zbudować NOT, AND, OR oraz bardziej złożone funkcje. W praktyce upraszcza to projektowanie i produkcję układów cyfrowych, szczególnie w technologiach takich jak CMOS.
"≥1" oznacza funkcję OR: wyjście ma stan 1, gdy co najmniej jedno wejście ma stan 1. W symbolice prostokątnej (IEC) takie zapisy zastępują klasyczne "kształty" bramek znane z symboliki amerykańskiej.
Ćwicz trzy kroki: (1) rozpoznaj typ bramki i negacje (kółka), (2) zapisz równanie Q krok po kroku, (3) uprość je prawami Boole’a (zwłaszcza De Morgana). Dobrze działa też szybkie sprawdzenie na 2–3 kombinacjach wejść.
info

Statystycznie 40% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że układ najpierw neguje oba wejścia (powstają sygnały ¬I1 oraz ¬I2), a następnie podaje je na bramkę OR, więc Q = (¬I1) ∨ (¬I2).

Źródła:

  • IEC 60617 (Graphical symbols for diagrams) – symbols for logic functions (NOT, OR) and negation bubble; database/standard description
  • Roth, Charles H., Fundamentals of Logic Design, rozdziały o algebrze Boole'a i prawach De Morgana (Boolean Algebra / De Morgan’s Theorems)

Materiały:

  • Podręcznik do podstaw techniki cyfrowej (bramki, tablice prawdy, prawa Boole’a)
  • Materiały dydaktyczne o prawach De Morgana i upraszczaniu funkcji logicznych
  • Dokumentacja/kompendium symboli IEC dla schematów logicznych (oznaczenia NOT, OR, AND)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego