![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВМ
1. Общие сведения о конечных цифровых автоматах
2. Основы алгебры логики
3. Синтез комбинационных схем
Общие сведения о конечных цифровых автоматах
Все многообразие элементов, узлов, блоков и устройств, из которых состоит любая ЭВМ, является примером различных типов той или иной степени сложности преобразователей цифровой информации — цифровых автоматов.
Методы теории цифровых автоматов, являющихся математической моделью цифровых устройств, используются в качестве теоретической базы для анализа и синтеза различных цифровых узлов и устройств ПК.
Цифровой автомат - это устройство, предназначенное для преобразования цифровой информации, способное переходить под воздействием входных сигналов из одного состояния в другое и выдавать выходные сигналы.
Отличительные особенности реальных цифровых автоматов:
· имеют дискретное конечное множество внутренних состояний, входных и выходных сигналов, а также число входных и выходных каналов;
· переход из одного состояния в другое осуществляется скачкообразно в дискретные моменты времени;
· дискретность информации, преобразуемой в автомате, проявляется в том, что она представляется посредством набора слов конечной длины в двоичном алфавите.
Цифровые автоматы функционируют в дискретные моменты времени, временной интервал Т между которыми называется тактом.
В зависимости от того, чем определяется время Т, различают автоматы синхронного и асинхронного действия.
Для цифрового автомата синхронного действия входные сигналы действуют в строго определенные моменты времени при Т = const, определяемые генератором синхронизирующих импульсов, в которые возможен переход автомата из одного состояния в другое.
Для цифрового автомата асинхронного действия Т ¹ const и определяется моментами поступления входных сигналов, а переход автомата из одного состояния в другое осуществляется при неизменном состоянии входа.
По степени детализации описания произвольных цифровых автоматов различают автоматы абстрактные и структурные. В соответствии с этими классами различают абстрактную и структурную теорию цифровых автоматов.
Абстрактные цифровые автоматы рассматриваются как «черный ящик», имеющий один вход и один выход, т.е. при рассмотрении таких автоматов отвлекаются от структуры как самого цифрового автомата, так и его входных Z (t) и выходных W (t).
Для задания абстрактного автомата необходимо знать три алфавита:
· входной Z = [ z 0, z 1, z 2,..., zF ],
· выходной W = [ w 0, w 1, w 2,..., wG ],
· состояний А = [а0, а 1, a 2,..., аM ].
Тогда закон функционирования абстрактного цифрового автомата может быть задан уравнениями:
(1)
где d (а, z) — функция переходов автомата; l (a, z) — функция выходов автомата; а0 — начальное состояние автомата; a (t), z (t), w(t) — состояния автомата, входной и выходной сигнал в момент времени t соответственно.
Цифровые автоматы, закон функционирования которых определяется уравнениями (1), называются автоматами Мили. В отличие от них имеются автоматы, для которых выходные сигналы зависят только от состояния автомата и не зависят от значения входных сигналов. Такие автоматы называются автоматами Мура, т.е. для них уравнения (1) преобразуется в форму:
(2)
где m [ a (t)] —сдвинутая функция выхода.
Произвольные абстрактные цифровые автоматы Мили или Мура, для которых число внутренних состояний более одного, называют автоматами с памятью.
Частный случай абстрактных цифровых автоматов — автоматы с одним внутренним состоянием. Такие тривиальные автоматы называют автоматами без памяти или комбинационными схемами. Закон их функционирования определяется одним уравнением:
(3)
т.е. каждому входному сигналу z (t) сопоставляется свой выходной сигнал w (t).
Наиболее распространенными стандартными способами задания абстрактных цифровых автоматов является задание их с помощью матриц, таблиц переходов и выходов, а также с помощью направленного графа, вершины которого отождествляются с состояниями автомата, а соединяющие их стрелки — с входными и выходными сигналами.
В случае, когда два цифровых автомата с общим входным и выходным алфавитом индуцируют одно и то же отображение множества слов во входном алфавите в множество слов в выходном алфавите, такие автоматы эквивалентны.
Структурный цифровой автомат в отличие от абстрактного является его дальнейшей детализацией, когда рассматривается как его внутренняя структура, так и структура входных и выходных сигналов. Это означает, что в теории таких автоматов изучаются методы построения автоматов из элементарных автоматов, способы кодирования внутренних состояний автомата, а также кодирования входных и выходных сигналов элементарными сигналами, подаваемыми по реальным физическим входным и выходным каналам.
Одна из основных задач теории цифровых автоматов, решаемых применительно к построению различных цифровых устройств ПК, заключается в том, чтобы задачу анализа и синтеза таких устройств свести к задаче анализа и синтеза комбинационных схем. При этом в качестве основного математического аппарата используется аппарат алгебры логики.
Основы алгебры логики
Наибольшее применение из-за простоты построения структурных схем ПК нашел двоичный структурный алфавит. Элементарные сигналы, составляющие этот алфавит, представляются импульсами электрического напряжения (тока), уровнями электрического напряжения (тока) или их комбинацией.
В связи с двоичным представлением структурного алфавита в качестве математического аппарата для целей анализа и синтеза цифровых схем оказалось удобным применять аппарат алгебры логики.
Дата публикования: 2015-09-18; Прочитано: 370 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!