Розділ 1 АбстрактнИй цифровИй автомат

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДНІПРОДЗЕРЖИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕСИТЕТ

В.І. БОЙКО В.В. БАГРІЙ

Конспект лекцій з дисципліни

ЦИФРОВА СХЕМОТЕХНІКА

Частина 2 «Цифрові автомати»

для студентів напряму

6.050802 - Електронні пристрої та системи

Затверджено

редакційно-видавничою секцією

НМР ДДТУ

___________ протокол №_____

Дніпродзержинськ

Розповсюдження і тиражування без офіційного дозволу

Дніпродзержинського державного технічного університету заборонено

Конспект лекцій з дисципліни "Цифрова схемотехніка" (частина 2 «Цифрові автомати»)для студентів напряму 6.050802 “Електронні пристрої та системи” / укл. Бойко В.І., Багрій В.В., Дніпродзержинськ; ДДТУ, 2013 -167с.

Укладачі:

проф., д.т.н. Бойко В.І.

доцент к.т.н. Багрій В.В.

Відповідальний за випуск:

зав. кафедрою «Електроніки»

Бойко В. І.,

проф., доктор технічних наук.

Рецензент: доцент, к.т.н.

Трикіло А. І.

Затверджено на засіданні

кафедри «Електроніки» (протокол № від)

Коротка анотація: у конспекті лекцій викладені основи прикладної теорії автоматів: загальні відомості про автомати (основні визначення, позначення, властивості і характеристики автоматів, типи автоматів, стосунки між автоматами та ін.), способи завдання (описи) автоматів, операції над автоматами (композиція автоматів, декомпозиція автомата, операції алгебри, перевірка стосунків, спрощення автомата). Описані основні підпрограми перетворення автоматів, викладені питання синтезу і аналізу логічних схем автоматів управління, з жорсткою логікою, питання контролю і діагностування роботи автоматів.

ЗМІСТ

ВСТУП
Розділ 1 АбстрактнИй цифровИй автомат
Тема 1.1 Загальна характеристика цифрових автоматів
1.1.1 Поняття автомата, принцип роботи автомата
1.1.2 Класифікація і характеристика автоматів
1.1.3 Математична модель цифрового автомата
Контрольні питання і завдання
Тема 1.2 Автомати Мілі і Мура
1.2.1 Закони функціонування автоматів Мілі і Мура
1.2.2 Поєднана модель автомата (С-автомат)
1.2.3 Способи опису роботи автоматів
1.2.4 Еквівалентні перетворення автоматів Мілі та Мура
1.2.5 Правила переходу між моделями Мілі і Мура
1.2.6 Теоретичні основи мінімізації повністю визначених автоматів
1.2.7 Мінімізація числа станів синхронного автомата методом Пола - Ангера
1.2.8 Мінімізація числа станів автомата методом еквівалентного розбиття
Контрольні питання і завдання
Тема 1.3 Елементарні автомати
1.3.1 Основні поняття
1.3.2 Асинхронний тригер і його різновиди
1.3.3 Синхронні тригери
1.3.4 Синтез довільних тригерних структур на універсальних D – та JK - тригерах
Контрольні питання і завдання
Розділ 2 Структурний цифровиЙ автомат
Тема 2.1 Канонічний метод синтезу
2.1.1 Загальні відомості та завдання структурного синтезу цифрових автоматів
2.1.2 Етапи структурного синтезу автоматів з пам'яттю
Контрольні питання і завдання
Тема 2.2 Кодування внутрішніх станів ЦА
2.2.1 Перегони в автоматі.
2.2.2 Алгоритм кодування для D -тригерів.
2.2.3 Евристичний алгоритм кодування.
Контрольні питання і завдання
Тема 2.3 Мікропрограмні автомати
2.3.1 Модель цифрового автомата В. М. Глушкова
2.3.2 Синтез автомата Мілі по ГСА
2.3.3 Синтез автомата Мура по ГСА
Контрольні питання і завдання
Тема 2.4 Типові вузли цифрових автоматів
2.4.1 Регістри зсуву
2.4.2 Лічильники за mod M
2.4.3 Лічильники на регістрах зсуву
2.4.4 Реверсивні лічильники
Контрольні питання і завдання
Тема 2.5 Інформаційні основи контролю роботи цифрового автомату
2.5.1 Структурна міра інформації
2.5.2 Систематичні коди
2.5.3 Кодування по методу парності - непарності
2.5.4 Коди Хемінга
Контрольні питання і завдання
Рекомендована література

ВСТУП

Упродовж останніх десятиліть велися і ведуться інтенсивні роботи із створення і використання різних систем та пристроїв для переробки дискретної інформації. Перетворювачі дискретної інформації широко використовуються як різний рід технічних автоматів, обчислювальних пристроїв і їх функціональних блоків, пристроїв управління, які управляють об'єктами по заданому алгоритму.

Важливу роль в оволодінні сучасними методами проектування цифрової апаратури відіграє курс "Цифрових автоматів", який знайомить студентів з визначенням, типами і способами завдання цифрових автоматів, з прикладними задачами розробки й представлення алгоритмів функціонування цифрових автоматів, прищеплює навички до розробки вузлів і блоків на сучасній елементній базі.

Крім логічних (комбінаційних) існують схеми, вихідні сигнали яких залежать не тільки від значень сигналів у даний момент часу, але й від значень сигналів, що надходять на входи автомата в попередні моменти часу, тобто від його передісторії.

Для проектування і синтезу цифрових автоматів застосовується математичний апарат теорії кінцевих (цифрових) автоматів.

Під час описання автомата фіксується деяка множина станів, у яких знаходиться автомат. Стан саме і відповідає деякій пам'яті про минуле, дозволяючи усунути час як змінну і позначити вихідні сигнали як функцію станів і входів у даний момент часу.

У кожний момент дискретного часу на вхід автомата надходить один вхідний сигнал, що здійснює перехід автомата в новий стан і на виході з’являється один вихідний сигнал.

Процес функціонування автомата полягає у тому, що при подачі на його вхід деякої послідовності вхідних сигналів, він переходить з одного стану в інший і формує послідовність вихідних сигналів.

При вивченні теорії цифрових автоматів варто звернути увагу на різноманітні засоби завдання цифрових автоматів, типи цифрових автоматів (Мілі, Мура, С-автомат), на елементарні автомати (тригери) з одним, двома і трьома входами, на теорему про структурну повноту В.М. Глушкова для синтезу цифрових автоматів, на умови повноти системи переходів і виходів елементарних автоматів.

Необхідно уважно вивчити головні етапи канонічного методу синтезу структурної схеми автомата, кодування вхідних, вихідних сигналів і внутрішніх станів автомата з урахуванням типу елемента пам'яті (тригера), що використовується, одержання і мінімізацію функцій виходу і збудження входів елементів пам'яті, синтез схеми автомата.

В результаті практичного вивчення дисципліни студент повинен:

- уміти використовувати вивчену теорію при побудові автоматів з урахуванням специфіки вирішуваних завдань;

- мати навички синтезу і аналізу кінцевих автоматів з комбінаційними схемами і пам'яттю.

В результаті теоретичного вивчення дисципліни студент повинен:

- мати уявлення про місце і роль теорії автоматів, алгоритмів і мов при рішенні реальних завдань комп'ютерної техніки;

- знати основні поняття теорії кінцевих автоматів, необхідну термінологію, етапи абстрактного і структурного синтезу кінцевих автоматів;

- знати елементи теорії формальних мов.

Розділ 1 АбстрактнИй цифровИй автомат