Синтез автомата Мура на D-триггерах

Рассмотрим пример синтеза автомата Мура с законом функционирования, заданным той же ГСА (Рис. 4.9). Разметка ГСА производится в следующем порядке:

1. Символом a₁ отмечаются начальная и конечная вершины ГСА.

2. Каждая операторная вершина отмечается единственным символом а₂, а₃,...

3. Две различные операторные вершины не могут быть отмечены одинаковыми символами.

На ГСА рис 4.9 символы состояний а₁, а_2,... обозначены цифрами 1, 2,... в кружках при соответствующих вершинах.

После разметки ГСА строится граф автомата Мура

Автомат имеет шесть состояний. Для кодировки состояний необходимо триггера. При кодировке состояний автомата, с целью упрощения функций возбуждения и уменьшения количества оборудования, выбирают коды, содержащие минимальное количество единиц в слове. Состояния автомата можно закодировать следующим образом:

а₁ = 000, а₃ = 010, а₅ = 011,

а₂ = 001, а₄ = 100, а₆ = 110.

Наборы 111 и 101, не использованные для кодирования состояний, являются несущественными и могут быть использованы для минимизации функций дешифрирования,устанавливающих зависимость состояний автомата от состоянйя р₁,р₂,р₃ триггеров памяти. Минимизация функций дешифрования кода р₁ р₂ р₃ выполнена с помощью карты Карно - Вейча (табл. 4.23).

 

Табица 4.23

С учетом функции дешифрирования d, минимизированные значения состояний автомата запишутся в виде:

 

,

,

,

,

.

 

В качестве элементов памяти будем использовать D-триггеры, которые переключаются в состояние 1, если сигнал возбуждения D=1, и в состояние 0, если D=0.Следовательно, сигнал возбуждения D_i=1 всякий раз, когда при переходе в следующее состояние p _i должен находиться в состоянии 1.

 

Структурная таблица автомата Мура имеет вид:

Таблица 4.24

Пере-ходы	Исход-ные состо-яния	Код ис-ходного состо-яния	Следую-щее со-стояние	Код след.состо-яния	Вход-ной на-бор	Вых. набор	Сигна-лы возбуж-дения
	a1		a1 a2	*01		- -	-
	a2	*01	a1 a3 a4	10*			-
	a3		a4 a5	10* *11
	a4	10*	a6	11*	-
	a5	*11	a6	11*	-
	a6	11*	a1		-		-

 

Каноническая система булевых функций, записанная на основе данных таблицы 4.24, имеет вид:

 

Эта система уравнений реализована в виде автомата Мура, функциональная схема которого приведена на рис. 4.12

 

Рисунок 4.12 – Структурный автомат Мура на D-триггерах

 

Напомним, что функции переходов и выходов автоматов Мура и Мили описывается системой функций:

- для автомата Мура,

 

- для автомата Мили.

Как видно из этих уравнений, автомат Мили имеет импульсный выход, т.к. его выходное состояние зависит от входного и внутреннего, а последнее меняется при смене входного. У автомата Мура выход потенциальный, т.к. его внутреннее состояние сохраняется до следующего такта.

С точки зрения функционирования автомата Мили и Мура эквивалентны. От автомата Мили можно перейти к автомату Мура и наоборот. Наиболее просто перейти от автомата Мура к автомату Мили, при этом число внутренних состояний не увеличивается. Переход от автомата Мили к автомату Мура более трудоёмкий, при этом переходе автомат, как правило, увеличивает число внутренних состояний.

Если исходный автомат Мили имеет N входных состояний и K внутренних состояний, то модель автомата Мура в общем случае будет иметь NK + 1 внутренних состояний. При практической реализации структура автомата Мура нередко оказывается более громоздкой, чем автомата Мили.

Метод проектирования микропрограммных автоматов в последнее время получил широкое распространение, он прост и нагляден, пользуясь этим методом можно построить автомат с большим числом входов, правда, отказываясь от минимальности. (Метод минимизации ГСА подробно и полно рассмотрен в работах С.И. Баранова и В.А. Склярова).

 

 

5 СХЕМОТЕХНИКА ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ

Классификация элементов ЭВМ

По функциональному назначению элементы цифровых устройств делят на логические, запоминающие, индикации и вспомогательные (специальные).

Логическими называют такие элементы, в которых в процессе преобра­зования входных переменных изменяется логическое содержание информа­ции. Они могут быть комбинационными и последовательностными. В комби­национных логических элементах выходной сигнал в любой момент времени является функцией только входных сигналов. Выходной сигнал последовательностных элементов зависит не только от входных сигналов, но и от внут­реннего состояния ИМС, предшествовавшего рассматриваемому моменту времени.

По виду реализуемой логической функции логические элементы (ЛЭ) условно подразделяют на элементы одноступенчатой логики, реализующие функ­ции И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, и на элементы двухступенчатой логики, реа­лизующие функции И-ИЛИ, ИЛИ-И, И-ИЛИ-НЕ, ИЛИ-И-НЕ и др.

Запоминающие элементы предназначены для хранения (запоминания) информации, представленной в цифровом коде.

Вспомогательные (специальные) элементы цифровых устройств пред­назначены для электрического и временного согласования логических и запо­минающих ИМС. К ним относятся усилители, формирователи и генераторы электрических импульсов, элементы временной задержки, преобразователи уровней напряжений и токов и др.

Элементы индикации служат для визуального отображения состояний цифровых устройств.

По способу передачи информации логические элементы делятся на асинхронные и синхронные.

В асинхронных логических элементах передача информации определя­ется лишь собственным временем задержки элементов. В синхронных, или тактируемых элементах информация передается в определенные моменты времени, устанавливаемые тактовой частотой работы устройства.

По принципу построения (схемотехнике) логической схемы различают ИМС:

u диодно-транзисторной логики (ДТЛ);

u транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ);

u транзисторно-транзисторной логики с диодами и транзисторами Шотки (ТТЛШ);

u эмиттерно-связанной логики на переключателях тока (ЭСЛ);

u интегральной инжекционной логики (И²Л);

u логики на МДП и КМДП-транзисторах.

В последнее время получило развитие новое направление - ИМС на основе арсенида галлия.