Структурный автомат

В отличие от абстрактного автомата структурный автомат имеет L входов и N выходов. На входы структурного автомата поступают наборы входных двоичных переменных из множества X={x₁,x₂,…,x_L}, а на выходах формируются выходные двоичные сигналы из множества Y={y₁,y₂,…,y_N}. Структурная модель автомата представляет собой две взаимосвязанные части: комбинационную схему и память. Комбинационная часть автомата кроме сигналов из множества Y формирует также двоичные сигналы, подаваемые на входы элементов памяти D={d₁,d₂,…,d_r}. Эти сигналы называются функциями возбуждения элементов памяти и представляют собой код состояния перехода. Сигналы, формируемые на выходах элементов памяти T={₁,₂,…,_r}, подаются на входы комбинационной схемы наряду с входными переменными и называются переменными обратной связи. Переменные обратной связи являются кодом текущего состояния автомата. Структурная схема автомата изображена на рис. 38.

Любому переходу в абстрактном автомате из состояния a_m в состояние a_s под действием входного слова z_i с формированием выходного слова w_j соответствует переход в стуктурном автомате из состояния a_m с кодом ₁,…,_r в состояние a_s с кодом d₁,…,d_r под действием набора входных сигналов x₁,…,x_L с формированием выходного набора y₁,…,y_N.

Память автомата

В качестве элементов памяти автомата используются простейшие схемы, предназначенные для приема, хранения и передачи одного бита информации − триггеры. Триггер имеет один или более входов и два выхода (прямой и инверсный). Выходные сигналы триггера зависят только от его состояния и изменяются только при смене состояния триггера. Таким образом, триггеры являются элементарными автоматами Мура (элементарными, так как они имеют только два устойчивых состояния). В основе любого триггера находится регенеративное кольцо из двух инверторов.

Триггеры можно классифицировать по следующим признакам:

1) по способу записи информации: несинхронизируемые (асинхронные) и синхронизируемые (синхронные) триггеры. У асинхронных триггеров запись информации происходит под действием информационных сигналов, у синхронных кроме информационных на вход должны быть поданы разрешающие сигналы;

2) по способу синхронизации: синхронные триггеры со статическим управлением записью, синхронные двухступенчатые триггеры, синхронные триггеры с динамическим управлением записью;

3) по способу организации логических связей: триггеры с раздельной установкой состояния (RS-триггеры), триггеры со счетным входом (Т-триггеры), универсальные триггеры с раздельной установкой состояний (JK-триггеры), триггеры с приемом информации по одному входу (D-триггеры), комбинированные триггеры (RST-, JKRS-, DRS-триггеры и т.д.), триггеры со сложной входной логикой.

Приняты следующие изображения входов триггеров:

S − раздельный вход установки триггера в единичное состояние по прямому выходу;

R − раздельный вход сброса триггера в нулевое состояние по прямому выходу;

J и K − назначение аналогично входам S и R;

D − информационный вход. Используется для приема информации, записываемой в триггер;

T − счетный вход;

С − вход синхронизации.

D-триггер. Принцип работы синхронного D-триггера основан на том, что сигнал на выходе после переключения равен сигналу на входе D до переключения. На рис. 39 приведена схема одноступенчатого D-триггера на элементах И-НЕ и его условное изображение.

В табл. 28 приведена информация о работе D-триггера. Переключение состояний выполняется по формуле (t+1)= (t)С V DC.

T-триггер. Принцип работы Т-триггера основан на том, что единичный сигнал на входе изменяет содержимое триггера на противоположное. На рис.40 приведена схема Т-триггера на элементах И-НЕ и его условное изображение.

В табл.29 приведена информация о работе Т-триггера. Переключение состояний выполняется по формуле (t+1)= (t)  T.

R S-триггеры. Асинхронные RS-триггеры являются простейшими триггерами. Такие триггеры строятся на логических элементах: 2ИЛИ-НЕ – триггер с прямыми входами (рис. 41 ) или 2И-НЕ – триггер с инверсными входами. Выход каждого из логических элементов подключен к одному из входов другого элемента, что обеспечивает нахождение триггера в одном из двух устойчивых состояний.

Табл.30 определяет переходы RS-триггера по формуле (t+1)=(t)RVS.

Таблица 30

(t)	R S S
	00	01	10	11
0	0	1	0	x
1	1	1	0	x

Возможны следующие режимы работы RS-триггера:

S=0, R=0 – режим хранения информации (значение триггера не изменяется);

S=0, R=1 – режим сброса (триггер всегда устанавливается в 0);

S=1, R=0 – режим записи логической единицы (триггер устанавливается в 1);

S=1, R=1 – запрещенная комбинация (значение триггера не неопределенное).

JK-триггеры. Асинхронный JK-триггер строится на базе RS-триггера. JK-триггер имеет два информационных входа. Простейший JK-триггер можно получить из RS-триггера, если ввести дополнительные обратные связи с выходов триггера на входы, которые позволяют устранить неопределенность в таблице состояний. Логическая схема и условное обозначение JK-триггера приведены на рис. 42.

Т абл. 31 определяет переходы JK-триггера согласно логической формуле (t+1)= (t)J V (t) K. Таблица 31

(t)	J K S
	00	01	10	11
0	0	0	1	1
1	1	0	1	0

Возможны следующие режимы работы RS-триггера:

J=0, K=0 – режим хранения информации (значение триггера не изменяется);

J=0, K=1 – режим сброса (триггер всегда устанавливается в 0);

J=1, K=0 – режим записи логической единицы (триггер устанавливается в 1);

J=1, K=1 – режим инверсии содержимого триггера.

JK-триггер является универсальным триггером. Универсальность его состоит в том, что он может выполнять функции RS-, T- и D-триггеров. Для получения D-триггера K вход соединяется со входом J через инвертор. T-триггер получается из JK-триггера путем объединения входов J и K в один, называемый T-входом. Если JK-триггер предварительно установлен в 0 и на вход не подается комбинация 11, то он работает как RS-триггер.