6.2.4. Структурный автомат и кодирование

Рассмотренные схемы соединения элементарных автоматов, имеющих один вход и один выход, позволяют представить структурный автомат, имеющим несколько входов и несколько выходов. Поскольку режим работы синхронный, то в момент времени [] на каждом входе и выходе структурного автомата появляется сигнал. Следовательно, входной и выходной сигналы структурного автомата есть векторы. Если сигналы на входе и выходе элементарных автоматов принадлежат множеству {0, 1}, то для структурного автомата входной и выходной сигналы есть булевы вектора x=(x₁, x₂,…x_n) и

y=(y₁, y₂,…y_p). Синхронный режим работы элементарных автоматов, формирует внутреннее состояние структурного автомата булевым вектором (q₁, q₂,…q_m).

Для определения числа разрядов регистров структурного автомата необходимо знать мощности алфавитов X, Y и Q. Затем вычислить значения log₂|X|, log₂|Y| и log₂|Q|.

Так как число разрядов регистра может быть только целым положительным числом, то

nlog₂|X|, где n - целое положительное число,

plog₂|Y|^, где p - целое положительное число

mlog₂|Q|, где m - целое положительное число.

В этом случае каждый разряд значений функций выходов  и переходов  структурного автомата есть логические функции от булевых векторов x и q, то есть y_i[]=(q₁[], q₂[],...q_m[], x₁[], x₂[],...x_n[]) и q_j[+1]=(q₁[], q₂[],...q_m[], x₁[], x₂[],...x_n[]).

Логическая функция [] может быть реализована с помощью схем параллельного и последовательного соединения комбинационных автоматов, а логическая функция [+1] – с помощью схем обратной связи, реализующих задержку на один такт [+1].

Поэтому любой конечный автомат при двоичном кодировании его алфавитов есть структурный автомат (см.рис.6.19) c ”памятью”.

Модель современной вычислительной включает операционный и управляющий автоматы.

Операционные автоматы - это блоки памяти, арифметико-логические устройства, каналы обмена информацией и т.п.. Эти блоки и устройства исполняют основные операции при передаче и/или преобразовании информации. Основными элементами таких устройств являются регистры, которые состоят из наборов двоичных разрядов и представляют информацию двоичными кодами. Такие регистры имеют 32 или 64 разряда. Использование операционным автоматом более 10-ти регистров формирует очень большой (до нескольких гигабайт) объем памяти. Поэтому модель операционного автомата есть структурный автомат с бесконечной памятью.

Управляющие автоматы вычислительной машины - это адаптеры, контроллеры, управляющие блоки периферийными устройствами и т. п. Эти блоки и устройства управляют исполнением операции при передаче и/или преобразовании информации. Такие автоматы используют 4-х или 8-и разрядные регистры, то есть управляющие автоматы имеют небольшой (до нескольких килобайт) объем памяти. Поэтому модель управляющего есть структурный автомат с конечной памятью.

6.3. Логическое проектирование автоматов

Основными этапами логического проектирования конечного автомата являются:

1) кодирование алфавитов абстрактного автомата;

2) выбор комбинационных автоматов и формирование оператора ;

3) выбор элементов задержки и формирование оператора ;

4) построение логической схемы структурного автомата.