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Logique booléenne

Informatique IGCSE · Sujet 10

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8:37

Logique booléenne

Regardez bien cette puce. Il n'y a rien de spécial à l'intérieur. Elle ne peut pas penser. À l'intérieur se trouvent des millions de petits interrupteurs, et chaque interrupteur ne peut être que l'un des deux…

Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés

Programme
Les candidats doivent être capables de : Notes et orientations
1 Identifier et utiliser les symboles standards pour les portes logiques • Voir la section 4 pour les symboles des portes logiques
2 Définir et comprendre les fonctions des portes logiques • Incluant : – NON – ET – OU – NAND – NOR – XOR (EOR) – la sortie binaire produite à partir de toutes les entrées binaires possibles • NON est une porte à une seule entrée • Toutes les autres portes sont limitées à deux entrées
3 (a) Utiliser des portes logiques pour créer des circuits logiques donnés à partir d'une : (i) énoncé de problème (ii) expression logique (iii) table de vérité (b) Remplir une table de vérité à partir d'une : (i) énoncé de problème (ii) expression logique (iii) circuit logique • Les circuits doivent être dessinés pour l'énoncé donné, sans simplification • Les circuits logiques seront limités à un maximum de trois entrées et une sortie • Un exemple de table de vérité avec trois entrées, à compléter : A B C Sortie | 0 0 0 | 0 0 1 | 0 1 0 | 0 1 1 | 1 0 0 | 1 0 1 | 1 1 0 | 1 1 1
(c) Rédiger une expression logique à partir d'une : (i) énoncé de problème (ii) circuit logique (iii) table de vérité

Source : Programme Cambridge International

10.1

Qu'est-ce que la logique booléenne ?

La logique booléenne 布尔逻辑 travaille avec des valeurs qui sont soit vraie soit fausse. En électronique, elles sont représentées par 1 (vrai) et 0 (faux). Une porte logique 逻辑门 prend une ou plusieurs de ces entrées et produit une seule sortie, selon une règle fixe.

Une table de vérité 真值表 répertorie tous les ensembles d'entrées possibles et la sortie pour chacun. On la construit en écrivant toutes les combinaisons d'entrées.

Un circuit électronique monté sur une platine d'essai
Les portes logiques sont constituées de circuits électroniques comme celui-ci, où chaque porte active des 1 et des 0
10.2

Les six portes logiques

Un circuit logique en action : l'additionneur semi

Vous devez connaître six portes. NOT a une entrée ; toutes les autres ont deux entrées (A et B).

Les symboles des six portes logiques — NOT, AND, OR, NAND, NOR et XOR — chacune avec des entrées étiquetées et une sortie
Les six portes logiques. Un petit cercle sur la sortie signifie que le résultat est inversé (NOT, NAND, NOR)
Trois petites puces informatiques noires avec des rangées de broches métalliques, chacune imprimée avec un code
Une puce logique réelle : on y trouve des portes logiques comme celles de cette page

Porte NOT

La porte NOT 非门 inverse l'entrée. La sortie est 1 lorsque l'entrée est 0.

A Sortie
0 1
1 0

Porte AND

La porte AND 与门 donne une sortie 1 uniquement si les deux entrées valent 1.

Table de vérité pour AND : seul 1 AND 1 donne 1
ET ne produit 1 que si les deux entrées valent 1
A B Sortie
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Porte OR

La porte OR 或门 donne une sortie 1 lorsque au moins une entrée vaut 1.

Table de vérité pour OR : 0 OR 0 donne 0, le reste donne 1
OU produit 1 si l'une des entrées vaut 1
A B Sortie
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

Porte NAND

La porte NAND 与非门 est un AND suivi d'un NOT. La sortie est l'inverse de celle du AND.

A B Sortie
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Porte NOR

La porte NOR 或非门 est un OR suivi d'un NOT. La sortie est l'inverse de celle du OR.

A B Sortie
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

Porte XOR

La porte XOR 异或门 (OR exclusif) donne une sortie 1 lorsque les entrées sont différentes.

A B Sortie
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Explorer

Les portes logiques

Changez les entrées et choisissez une porte pour voir sa sortie — AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
Boolean logic/ˈbuːlɪən ˈlɒdʒɪk/ 布尔逻辑 bù ěr luó jí
logic gate/ˈlɒdʒɪk ɡeɪt/ 逻辑门 luó jí mén
truth table/truːθ ˈteɪbl/ 真值表 zhēn zhí biǎo
NOT gate/nɒt ɡeɪt/ 非门 fēi mén
AND gate/ænd ɡeɪt/ 与门 yǔ mén
OR gate/ɔː ɡeɪt/ 或门 huò mén
NAND gate/nænd ɡeɪt/ 与非门 yǔ fēi mén
NOR gate/nɔː ɡeɪt/ 或非门 huò fēi mén
XOR gate/ˈeksɔː ɡeɪt/ 异或门 yì huò mén
logic expression/ˈlɒdʒɪk ekˈspreʃn/ 逻辑表达式 luó jí biǎo dá shì
10.3

Expressions logiques

Une expression logique 逻辑表达式 écrit un circuit à l'aide de lettres et de mots de portes. Voici la manière habituelle d'écrire les portes :

Porte En mots
NON A NON A
A ET B A ET B
A OU B A OU B

Par exemple, l'expression (A AND B) OR (NOT C) signifie : faire A ET B, faire NON C, puis mettre ensemble les deux résultats par un OU.

L'expression X égal A ET B OU NON C dessinée sous forme de circuit : une porte AND reçoit A et B, une porte NOT reçoit C, et une porte OR combine les deux en sortie X
L'expression X = (A ET B) OU (NON C) dessinée sous forme de circuit logique
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Tables de vérité

Construisez la table de vérité pour AND, OR, XOR et NOT — la logique derrière chaque expression.

10.4

Circuits logiques

Un circuit logique 逻辑电路 relie des portes entre elles pour accomplir une tâche. La sortie d'une porte peut devenir l'entrée d'une autre. Au IGCSE, un circuit compte jusqu'à trois entrées et une sortie.

Un circuit logique : une porte AND recevant les entrées A et B alimente une entrée d'une porte OR dont l'autre entrée est C, donnant la sortie X
Construire le circuit pour X = (A ET B) OU C — la sortie de la porte AND alimente la porte OR

Vous devez être capable de passer d'une forme à quatre formes différentes :

  • non énoncé de problème 问题陈述 (une description en mots),
  • une expression logique,
  • un circuit logique,
  • une table de vérité.

D'un énoncé de problème à un circuit

Lisez l'énoncé et identifiez les conditions et les mots logiques (and, or, not). Par exemple :

Une alarme (X) se déclenche lorsque la porte est ouverte (A) ET que le système est allumé (B).

C'est X = A AND B, donc vous dessinez une porte AND avec les entrées A et B.

Remplir une table de vérité à partir d'un circuit ou d'une expression

Pour remplir une table de vérité :

  1. Écrivez toutes les combinaisons d'entrées. Pour trois entrées, il y a 8 lignes (de 000 à 111).
  2. Calculez la sortie de chaque porte dans l'ordre, colonne par colonne.
  3. La dernière colonne est la sortie finale.
Trois entrées donnent deux fois deux fois deux égale huit lignes ; les huit combinaisons sont listées en comptant en binaire de 000 à 111, la dernière colonne alternant à chaque ligne
Trois entrées donnent huit lignes : chaque combinaison comptée en binaire
A B C A ET B (A ET B) OU C
0 0 0 0 0
0 0 1 0 1
0 1 0 0 0
0 1 1 0 1
1 0 0 0 0
1 0 1 0 1
1 1 0 1 1
1 1 1 1 1

Ajouter une colonne intermédiaire de "travail" pour chaque porte rend la sortie finale facile à remplir. Dessinez toujours le circuit exactement tel qu'il est dit dans l'énoncé, sans le simplifier.

Exemple résolu. Complétez la table de vérité pour X = (A AND B) OR (NOT C) pour la ligne A = 1, B = 0, C = 0. Travaillez à partir des parenthèses vers l'extérieur, une porte à la fois. D'abord A AND B = 1 ET 0 = 0, car AND nécessite que les deux entrées soient 1. Ensuite NOT C = NON 0 = 1. Enfin, mettez ensemble les deux résultats par un OU : 0 OU 1 = 1. Donc X = 1. Donnez à chaque porte intermédiaire sa propre colonne plutôt que de tenter de calculer toute l'expression en une seule étape : avec trois entrées, il y a $2^3 = 8$ lignes, et ces colonnes intermédiaires sont là que les points de la méthode s'appliquent même si la réponse finale manque.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
logic circuit/ˈlɒdʒɪk ˈsɜːkɪt/ 逻辑电路 luó jí diàn lù
problem statement/ˈprɒbləm ˈsteɪtmənt/ 问题陈述 wèn tí chén shù
10.5

Conseils d'examen

  • Apprenez les six portes et leurs tables de vérité : NOT, AND, OR, NAND (NON ET), NOR (NON OR), XOR (sortie 1 lorsque les entrées sont différentes).
  • Construisez une table de vérité avec toutes les lignes d'entrées (2 entrées → 4 lignes, 3 entrées → 8), en comptant en binaire, et ajoutez une colonne de travail pour chaque porte.
  • Transformez un énoncé de problème en expression logique en identifiant les mots AND / OR / NOT, puis dessinez-le exactement tel qu'il est écrit — ne le simplifiez pas.
  • NAND et NOR donnent la sortie inverse de AND et OR ; un petit cercle sur la sortie d'une porte signifie que le résultat est inversé.

Leçons interactives sur ce sujet

Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.

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