Промежуточные и выходные переменные в дальнейшем изложении будут называться зависимыми переменными. В большинстве случаев, представляющих практический интерес, имеется достаточная информация о внутренней структуре системы для определения всех переменных, которые характеризуют поведение системы. Более того, можно определить значение любой зависимой переменной в любой тактовый момент, если известны значения входных переменных в этот момент и значения зависимых переменных в предыдущий тактовый момент. В таких случаях, как будет показано ниже, существует методика определения множества состояний системы.
Пусть заданы входные переменные системы x(1), x(2),..., x(u), выходные переменные системы z(l), z(2),..., z(w) и зависимые переменные системы у(1), у(2),..., у(r) (множества зависимых переменных включает в себя все выходные переменные). Предположим, что для каждой зависимой переменной y(k) структура системы дает следующее соотношение:
y(k)ν= gk(x(1)ν, x(2)ν,..., x(u)ν, y(1)ν-1, y(2)ν-1,..., y(r)ν-1). (1.9)
На основании § 1.4 входные переменные можно представить одной переменной х с алфавитом
, (1.10)
где X(i), i=1,2,..., u, является алфавитом x(i); выходные переменные можно представить одной переменной z с алфавитом
, (1.11)
где Z(j), j = l, 2,...,w, является алфавитом z(j). Аналогично зависимые переменные можно представить одной переменной у с алфавитом
, (1.12)
где Y(k), k = 1, 2,..., r, является алфавитом y(k). Тогда выражение (1.9) можно записать так:
yν = gy(xν, yν-1). (1.13)
Так как каждая выходная переменная является зависимой переменной, мы также имеем:
zν = gz(xν, yν-1). (1.14)
Для перехода от приведенных выше формул к стандартным характеристическим функциям fz и fs, конечного автомата определим переменную s следующим образом:
sν = yν-1. (1.15)
Тогда алфавит s, обозначаемый через S, определяется формулой
S=Y. (1.16)
Выражения (1.13) и (1.14) можно теперь записать так:
yν = fs(xν, sν). (1.17)
zν = fs(xν, sν). (1.18)
Из (1.15) и (1.17) получаем:
sν+1 = fz(xν,sν). (1.19)
Как теперь видно, уравнения (1.18) и (1.19) выражают искомые характеристические функции. Следовательно, S составляет требуемое для описания заданной системы множество состояний.
Для примера рассмотрим схему, показанную на рис. 1.4. На вход υвх от источника поступают импульсы со значением О
и 1 со скоростью один импульс в каждые Т секунд. Тактовые моменты выбраны совпадающими с моментами появления импульсов. Элементы d 1, d 2, d 3 — задержки, которые запоминают поступающие на них импульсы на Т секунд и затем передают их на следующий за ними элемент. Элемент m представляет собой «мажоритарный орган», который выдает импульс 0 или 1 в зависимости от значения (0 или 1
соответственно) большинства поступающих на его входы импульсов. Нас интересует значение импульса на выходе υвых. Значение импульса на входе схемы υвх в момент tv можно принять в качестве входной переменной x (1) , а значение импульса на выходе v вых в момент t v — в качестве выходной переменной z (1). Значения импульсов, запомненные элементами d 1, d 2 и d 3, в момент t v можно принять в качестве зависимых переменных у (1), у (2) и у (3) соответственно. Тогда имеем:
Х ={0, 1},
Z ={0, 1},
S = {(000), (001), (010), (011), (100), (101), (110), (111)}.
Из схемы видно, что у (1) v = х (1) v, у (2) v = z (1) v и y (3) v = у(2) v-1; значение z (1) v равно значению большинства переменных у(1) v-1, х (1) v и у(3) v-1. Используя эти соотношения, можно определить значения функций:
Результаты вычислений представлены в таблице 1.1. Из определения s следует, что каждая строка части таблицы, состоящей из столбцов у(1) v-1, у(2) v-1 и у(3) v-1, представляет собой состояние sv, а каждая строка части таблицы, состоящей из
столбцов у (1) v, у (2) v и у (3) v —состояние s v+1. Учитывая, что х (1) v= хv и y (1) v= zv, можно сделать вывод, что таблица 1.1 полностью описывает характеристические функции рассматриваемой схемы. Например, из таблицы легко определить (см. четвертую строку), что при состоянии в настоящий момент (001) и входном символе в этот же момент 1 выход в настоящий момент будет 1, а следующее состояние (11О).