Изучение особенностей работы синхронного автомата, освоение метода структурного синтеза синхронного автомата на функциональных элементах, заданного таблицами переходов и выходов, страница 2

Модель Мура определяется функцией переходов (1), а функция выходов определяется уравнением:

v(t)=H(S(t)),                                                            (3)

т.е. состояние выходов автоматов Мура определяется только внутренним состоянием автомата и не зависит от состояния входов.

Практическая реализация СА имеет много вариантов реализации его структуры. Рассмотрим некоторые из них.

На рис.2 представлен вариант структуры СА в виде автомата Мили 1 рода. Для данной структуры можно выделить четыре типа блоков:

СС - схема синхронизации - обеспечивает синхронизацию поступления входных сигналов х1,…,хn ;

ЛП - логический преобразователь - реализует функции включения внутренних элементов памяти y1,…,yк ;

БП - блок памяти - производит задержку сигналов Y на время t, для чего используются линии задержки ;

ВП - выходной преобразователь - реализует выходные функции z1,…,zq.

Рассмотрим работу автомата в моменты времени (t=1,2,3,…,n). Автомат работает  в соответствии с временной диаграммой (см. рис.1). На вход ЛП поступают синхронизированные тактовым генератором ТГ значения сигналов X1(t),…,Xn(t) и значения сигналов Y1(t-1),…,Yк(t-1), вычисленные в предшествующий момент времени t-1. Логический преобразователь вычисляет новые значения сигналов Y(t),…,Y(t). Однако, эти значения не поступают на вход ЛП, т.к. они задерживаются линиями задержки на время t. Таким образом снимается проблема критических состязаний. В момент времени t блок ВП вычисляет значения выходных сигналов Z1(t),…,Zq(t).

На рис.3. показана структурная схема синхронного автомата Мили, имеющая две последовательности импульсов синхронизации ТГ1 и ТГ2 и две схемы синхронизации СС1 и СС2.

Схема работает следующим образом. В момент времени t по импульсу синхронизации ТГ1 (импульс №1) срабатывает схема СС1 и на вход ЛП поступают сигналы X(t) и Y(t-1). Вычисляются значения функций Y1(t),…,Yк(t). Затем, когда все переходные процессы в ЛП закончены, поступает синхроимпульс ТГ2 (импульс №2) и происходит переключение ЭП. Формируются сигналы Y(t-1). На вход ЛП эти сигналы подаются только в следующий момент времени при поступлении нового импульса от ТГ1 (импульс №3), чем и достигается исключение критических состязаний. Принципиальное отличие схемы на рис.3 от схемы на рис.2 состоит в том, что время задержки t формируется не линией задержки  (как это сделано в схеме рис.2), а  разницей во времени между импульсами №2 и №3 (см. рис.3).

В заключении следует отметить, что этапы синтеза СА полностью совпадают с этапами синтеза асинхронных схем за исключением того, что при кодировании состязаний не надо решать проблему исключения критических состязаний. Кодирование СА может быть произвольным.

В связи с этим отметим следующие преимущества СА по сравнению с асинхронным:

1)  Для построения схемы требуется меньше ЭП, так как не надо вводить избыточность для исключения состязаний;

2)  Алгоритм синтеза СА проще по этой же причине;

3)  Быстродействие СА выше, так как отсутствуют многотактные переходы.

Недостатком СА является усложнение схем за счет наличия схем синхронизации и генераторов тактов.

II. Пример синтеза синхронного автомата

Рассмотрим пример синтеза СА по структуре рис.4. которая в основном повторяет структуру рис.3. Автомат задан таблицей переходов и таблицей выходов и строится в базисе И-ИЛИ-НЕ. В качестве элементов памяти блока БП и элементов синхронизации схемы СС используются RS-триггеры, имеющие синхронизирующий вход С. Принцип действия схем на рис.4 такой же, как схемы на рис.3.

Отметим особенности рассматриваемой структуры. Схема рис.4 отличается от схемы на рис.3 тем, что схема СС2 введена в состав блока БП, т.е. функции схемы СС2 выполняет вход «С» RS-триггера. Для каждого ЭП блок ЛП формирует два входа: Ys - для переключения триггера по входу S; YR - для переключения триггера по входу R.

Алгоритм синтеза

Пусть задан синхронный автомат с помощью таблицы переходов (ТП) и таблицы выходов (ТВ), (табл.1 и табл.2 соответственно).

1.  Осуществляется кодирование строк таблицы переходов произвольным образом, поскольку решать задачу исключения критических состязаний не требуется. Для построения схемы необходимо три элемента памяти Y1,Y2,Y3. Число ЭП определяется по формуле m=]log₂ s[ , где m - количество необходимых ЭП;