Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Анализ дискретных устройств объектов информатизации при решении задач информационной безопасности. Учебное пособие
.pdf
Порядок выполнения исследований
1. Получить допуск к выполнению исследований.
2. Набрать на ПК функциональную электрическую схему дискрет-
ного автомата с памятью.
3. Проверить выполнение дискретным автоматом условий работы
путем последовательной подачи входных воздействий согласно таблице
соответствия. Особое внимание обратить на возможность появления
сбоев. Заполнить экспериментальную таблицу переходов-выходов.
4. Показать преподавателю работу ФЭС.
5. Оформить отчет.
Оформление отчета по исследованиям
Отчет должен содержать:
исходные данные, оформленные в виде таблице соответствия;
абстрактную первичную таблицу переходов-выходов;
таблицу определения эквивалентных состояний;
минимальную абстрактную таблицу и граф переходов-выходов
автомата;
таблицу кодирования состояний элементов памяти, входных и
выходных сигналов;
структурную схему автомата;
таблицу возбуждения элементов памяти;
функции возбуждения элементов памяти и их минимизацию с
помощью матриц Карно;
представление минимальных форм функций возбуждения эле-
ментов памяти в заданном базисе;
таблицы функций выходов разрабатываемого устройства;
функции выходов и их минимизацию с помощью матриц Карно;
представление минимальных форм функций выходов в заданном
базисе;
функциональную электрическую схему разработанного устрой-
ства;
экспериментальные структурные таблицы переходов-выходов;
выводы по работе.
111
Контрольные вопросы
1. Цели и задачи разработки дискретных устройств с памятью.
2. Сущность и порядок проведения эксперимента.
3. Анализ полученных результатов.
4. Определение рода автомата по заданной функциональной электрической схеме.
5. Этапы разработки дискретных автоматов с памятью и их содержание.
6. Условия соседнего кодирования вершин автоматного графа.
7. Условия эквивалентности состояний.
8. Условия противогоночного кодирования состояний элементов
памяти.
Форма отчета о выполненных исследованиях по теме «Разработка
дискретных автоматов с памятью» приведена в прил. 3.
112
Варианты заданий
Вход-выходная
последовательность
x0 x1 x2 x3 x1 x2 x0
z0 z1 z0 z0 z0 z1 z0
x0 x1 x2 x0 x1 x2 x0
z0 z1 z0 z1 z2 z2 z0
x0 x2 x1 x3 x1 x2 x0
z0 z2 z1 z3 z0 z1 z0
x0 x2 x0 x1 x2 x1 x0
Род
автомата
II рода
I рода
II рода
I рода
II рода
I рода
II рода
Варианты
Элемент
памяти
1 RS И–НЕ
2 T ИЛИ–НЕ
3 RS И–НЕ
4 T И–НЕ
5 RS ИЛИ–НЕ
6 T И–НЕ
7 RS И–НЕ
8 T ИЛИ–НЕ
9 RS И–НЕ
10 T И–НЕ
11 RS ИЛИ–НЕ
12 T И–НЕ
13 RS И–НЕ
14 T ИЛИ–НЕ
Элементный
базис
z0 z1 z0 z2 z1 z1 z0
x0 x1 x3 x2 x1 x3 x0
z0 z0 z1 z3 z2 z1 z0
x0 x1 x3 x2 x3 x1 x0
z0 z2 z1 z0 z0 z1 z0
I рода
15 RS И–НЕ
16 T И–НЕ
17 RS ИЛИ–НЕ
II рода
18 T И–НЕ
19 RS И–НЕ
I рода
20 T ИЛИ–НЕ
21 RS И–НЕ
II рода
22 T И–НЕ
23 RS ИЛИ–НЕ
I рода
24 T И–НЕ
113
5. АНАЛИЗ ДИСКРЕТНЫХ УСТРОЙСТВ С ПАМЯТЬЮ
5.1. Последовательность анализа
дискретных автоматов с памятью
К задачам анализа ДА с памятью относятся:
‒ построение ТПВ и ГПВ автомата;
‒ проверка устойчивости переходов и мест возможных состязаний
в комбинационных схемах автомата и элементах памяти;
‒ проверка стабильности выходных сигналов;
‒ контроль работоспособности и поиск дефектов.
Построение ТПВ и ГПВ автомата состоит из следующих этапов:
1) подготовка ФЭС к анализу;
2) построение структурной схемы автомата;
3) получение функций возбуждения элементов памяти и функций
выходов;
4) получение ТВЭП;
5) получение структурной ТПВ;
6) декодирование и получение абстрактной ТПВ;
7) построение ГПВ.
Перечисленные этапы составляют основу решения задачи анализа.
Этапы 1–5 входят в так называемый структурный анализ автомата.
5.2. Структурный анализ дискретных автоматов
Подготовка ФЭС к анализу. Подготовка к анализу связана с выделением блоков памяти, КС1 и КС2, а также входов и выходов каждого
блока (рис. 5.1).
114
Рис. 5.1. Подготовленная к анализу ФЭС дискретного устройства
Построение структурной схемы. Структурная схема ДУ с памятью
представлена на рис. 5.2.
КС2
Рис. 5.2. Структурная схема дискретного устройства
Структурная схема соответствует автомату I рода, поскольку имеются связи между входами автомата и КС2.
115
Получение формул функций возбуждения. Для элементов памяти
1 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2
x x y y T x x y y x y y x x y y x y y
1 1 2
, , , .
x x y y T x x y y x y y x x y y x y y
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
z x x y y x x x y x x x y
КС1 как двухвходовой комбинационной схемы запишем:
,
, , ,
2 1 2 1 2 2 2 1 2 1 2 1 1
1 1 1 1
1 2 1 2
1 2 1 2
Формула функции выхода определяется по КС2:
, , ,
.
Далее необходимо проанализировать КС1 и КС2 как комбинационные автоматы.
Использовав φ1(x1, x2, у1, у2) и φ2(x1, x2, у1, у2), построим таблицу
возбуждения элементов памяти (табл. 5.1).
Построение таблицы выполняют в такой последовательности:
– определение числа строк. Так как КС1 имеет два входа x1 и x2, то
таблица будет иметь четыре строки. Таблицу удобно представить в виде
матрицы Карно;
– определение числа столбцов. Так как в ФЭС используются два
элемента памяти, то можно зафиксировать четыре состояния;
– последовательное заполнение таблицы как матрицы Карно сначала для φ1, затем для φ2 дает ТВЭП (табл. 5.1).
Таблица 5.1
Таблица возбуждения элементов памяти
y1 y
x1 x2
00
01
11
10
00 01 11 10
00
10
00
00
00
00
00
01
2
10
10
00
00
00
00
01
01
Построение структурной ТПВ. В структурной ТПВ обозначения
строк и столбцов те же, что и при получении ТПВ. Используются ТВЭП
и таблица переходов элементов памяти (рис. 5.3).
116
00
0
01
0
01
0
10
0
10
0
01
0
01
0
10
0
00
1
01
1
11
1
11
1
00
0
00
1
11
1
11
0
Рис. 5.3. Последовательность заполнения структурной таблицы переходов
по ТВЭП и таблице входов Т-триггера
Построение таблицы выходов ДА. Выполняется аналогично по-
строению ТВЭП, только в качестве исходных данных рассматриваются
функции выходов Zi.
В табл. 5.2 представлена структурная ТПВ, содержащая в клетках
под чертой значения функций выхода.
Таблица 5.2
Структурная таблица переходов-выходов
y1y
2
x1x
2
00 01 11 10
00
01
11
10
117
Таким образом, в результате структурного анализа получается опи-
)
сание автомата с памятью в виде структурной ТПВ.
Клетка структурной ТПВ в двоичном коде содержит информацию о
состоянии элементов памяти y1y2(t+1) после подачи входного сигнала,
соответствующего строке, и входном сигнале Z1(t) при произошедшем
изменении состояния.
По структурной ТПВ можно определить функционирование автомата при подаче любой входной последовательности.
При дальнейшем анализе автомата удобно построить абстрактную
ТПВ автомата, в которой коды входных сигналов, состояний и выходных сигналов заменяются символами.
5.3. Анализ абстрактного автомата
Для построения абстрактной ТПВ, необходимо провести декодирование входных и выходных сигналов, а также состояний автомата
(табл. 5.3).
Таблица декодирования
x1x
2
00 X
01 X
11 X
10 X
X y
0
1
2
3
1
y
2
0 0 S
0 1 S
1 1 S
1 0 S
Абстрактная ТПВ представлена в табл. 5.4.
Абстрактная ТПВ
X
X
0
S
0
S
1
Таблица 5.3
S Z Z
0
1
2
3
Таблица 5.4
S(t
S
2
0 Z
1 Z
S
3
0
1
X
X
X
1
2
3
118
X
Z
X
Z
X
Z
Для проверки устойчивости переходов (выходов) и возможности
состязаний в памяти целесообразно использовать ГПВ.
Граф переходов-выходов абстрактного автомата представлен на
рис. 5.4.
00
10
01
11
Рис. 5.4. Граф переходов-выходов абстрактного автомата
Причина неустойчивости переходов, т. е. неустойчивости смены
состояния, связана с тем, что в большинстве устройств длительность
входного сигнала превышает время изменения состояния элемента памяти. Поэтому возникают случаи, когда один и тот же входной сигнал
вызывает смену состояний, а также, возможно, и смену выходных сигналов, что недопустимо.
Таким образом, все промежуточные состояния такого перехода являются неустойчивыми.
Принятые условия устойчивости перехода представляются следу-
ющим образом: переход
томате
. То есть в ГПВ существует петля в заключительном
состоянии , со входным сигналом
устойчив, если имеется переход в ав-
.
Пример неустойчивого перехода представлен на рис. 5.5.
119
Рис. 5.5. Пример неустойчивого перехода
Так, на рис. 5.5 ГПВ абстрактного автомата при переходе
является неустойчивым, так как автомат из состояния
при воздей-
ствии входного сигнала перейдет в состояние и останется в
(петля
).
Устойчивость выходных сигналов проверяется сохранением значе-
ния
меняется, а при переходе
устойчивым, так как меняется на
при каждом переходе.
При переходе (см. рис. 5.4)
выходной сигнал
.
выходной сигнал
не
не является
Состязание элементов памяти связано с неодновременным изменением состояния нескольких элементов памяти в одном такте работы
автомата. Причиной этого являются конструктивные особенности элементов памяти и задержки в цепях, связанных с их входами. Состязания
элементов памяти могут привести к непредсказуемым случайным изменениям состояний автомата.
Если ГПВ закодировать соседними числами, то при каждой смене
состояний будет меняться состояние только одного элемента памяти.
В ГПВ (рис. 5.5) содержится один переход, в котором возможны состя-
зания элементов памяти →
.
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]