5. Цифровые автоматы, их виды и классификация.

Цифровыми (конечными) автоматами называются устройства, предназначенные для обработки информации, заданной цифровыми кодами. Информация, поступающая в цифр. устройство представляет собой набор дискретных сигналов, отображающих некоторую последовательность 0 и 1, т.е. двоичный код.

В общем случае, на вход цифр. устройства поступает некоторый набор 2ых переменных Х(х1, х2… хn), а с выхода устройства снимается набор или множество значений У(у1,у2… уn), причем цифр. устройства реализуют определенную связь (лог. функцию) между вх. и вых. переменными.

На передачу сигнала через устройство отводится конечн. промежуток времени – такт работы устройства.

Если за 1 такт в устройство передается 1 из разрядов 2ого числа (кода), устройство работает в посл. коде, если за 1 такт его работы передается все двоичное число одновременно, то устройство работает в парал. коде:

Применительно к ЭВМ в зависимости от способа обработки циф информации различают 2 класса дискретных автоматов: комбинационные и последовательные.

Комбинационные автоматы (комбинационные схемы) – устройства, в которых значения вых сигналов У(у1, у2… уm) в любой момент дискр. времени однозначно определяется совокупностью вх сигналов Х. Т.о. одним из достоинств комб. схем является их высокое быстродействие. Преобразование информации в комб. схемах однозначно определяется лог. функциями вида . Лог функции и соответствующие им комбинационные схемы разделяют на регулярные и нерегулярные структуры. Регулярные структуры предполагают построение схема таким образом, что кажд из ее выходов строится по аналогии с предыдущими. В нерегулируемых структурах такая аналогия отсутствует.

Многие регулярные структуры положены в основу построения ряда интегральных схем малой и средней степени интеграции, а также отдельных частей БИС и СБИС. Из регулярных комбинац. схем наиболее распространены шифраторы, дешифраторы, схемы сравнения, комбинационные сумматоры, коммутаторы (мультиплексоры и демультплексоры), выполненные на основе лог. элементов и несодержащих обратных связей.

В последовательном автомате выходные сигналы в данный момент времени зависят не только от значения входного сигнала в данный момент, но и от значения входного сигнала в прошлом, т.е. внутреннее состояние устройства. Понятеие состояния последов. автомата предполагает наличие у него внутренней памяти, где должна хранится информация о предыдущих воздействиях. Функциональное соотношение:

Различают последовательные автоматы автоматы Мура(выходной сигнал определяется текущим состоянием автомата) и автоматы Мили (выход зависит как от состояния, так и от входного сигнала)

пример Автоматы Мура: триггеры, счетсчики, накапливающие сумматоры, регистры и др.

Шифраторы (кодеры, ш.) – преобразуют сигнал на одном из своих входов (унитарный код) в n-разрядный 2ный код на выходе, соответствующий 10чному номеру активного входа.

Число информационных входов ш. = числу символов преобразуемого кода и должно соответствовать условию , где n – число информационных выходов.

Кроме обычных шифраторов, существуют шифраторы с приоритетом, в таких ш. допускается подавать сигнал 1 одновременно на несколько входов, а ш. выдаст на выход код числа, соответствующего № старшего входа, т.е. если при работе ЭВМ решается задача определения приоритетного претендента на обслуживание и имеется одновременно несколько запросов, то обслужится запрос с наибольшим номером. Основное назначение ш. является преобразование № источника сигнала в 2чный код.

Дешифраторы (д.)

Д. представляет собой комбинационное устройство, позволяющее распознавать числа, представленные позиционно n-разрядным кодом.

Если на вход д. подать n-размерный 2ый код, то на выходе устройства появляется код «1 из N» в кодовой комбинации которого только одна позиция будет представлена единицей, а остальные – нулем. Такой код называется унитарным.

Т.к. макс. возможное количество чисел, закодированные N-разрядным 2чным кодом = количеству наборов из N аргументов // - неполный д.

В ЭВМ д. используют для расшифровки адресных ячеек ЗУ, а также в устройствах цифровой индикации.

Мультиплексоры MUX (MS) (м.) – устройства, подключающие единственный выход к одному из информационных входов, № которого задается 2чн. кодом, поступившим на управляющий (адресный) вход. МS принимает сигнал, поступивший на входы, т.е. решает задачу, обратную распределителю.

Демультиплексоры (DMS, DMX)

DMX – устройства, в котором сигналы с 1ого информационного входа поступают в желательной последовательности на требуемые выходы в зависимости от значения 2ого кода на адр. шинах.

, где n – число выходов, m – число адр. входов.