4.1.2 Синхронизация автоматов

В рассмотренных выше автоматах вместо физического времени рассматривалось абстрактное время или номер такта. Однако автомат как реальное устройство представляет собой динамическую систему – совокупность физических элементов, состояния которых изменяются в реальном физическом времени [7]. Смена состояний осуществляется не мгновенно, а связана с некоторым переходным процессом. Физические системы можно рассматривать как конечные автоматы, если исключить из рассмотрения время, в течение которого схемы и входные сигналы находятся в переходном режиме, и выделить только те моменты времени, когда состояние схемы и ее выходов неизменны, то есть при достижении устойчивых состояний. Тогда номера этих моментов времени можно идентифицировать с номерами шагов алгоритма, а интервал между этими моментами времени можно назвать тактом работы автомата.

В асинхронном автомате такт формируется внешней средой, а его длительность определяется временем, в течение которого остается неизменным состояние входа.

В синхронных автоматах требуемая длительность такта задается с помощью дополнительного входного (тактового) сигнала, одного и того же для внешней среды и автомата, который формируется генератором синхронизирующих импульсов. Если считать, что источник тактовых сигналов относится к внешней среде, то синхронный автомат может быть сведен к асинхронному.

Таким образом, такт работы определяет время пребывания автомата в одном состоянии a_i и равен

Т = Т_УА + Т_ОА,

Т_УА – затраты времени на управление, зависят от длительности переходных процессов в управляющем автомате;

Т_ОА – интервал времени, необходимый для выполнения микроопераций и вычисления логических условий в операционном автомате.

Необходимая длительность такта обеспечивается за счет синхронизации моментов переключения элементов памяти по сигналам, которые формирует генератор синхронизирующих импульсов. В синхронных автоматах длительность такта может быть постоянной или переменной.

При постоянной длительности такта для выполнения любой микрооперации отводится постоянный промежуток времени, определяемый как

Т_ОА = max(t₁, t₂, , t_M),

где t₁, t₂, , t_M – время выполнения микроопераций y₁, y₂,…, y_M.

Поскольку микрооперации y₁, y₂,…, y_M обычно выполняются за промежуток времени меньший самой продолжительной микрооперации, то из-за постоянства такта возникают потери времени.

23