Определение цифровых последовательностных устройств. Способы описания конечных автоматов
Цифровое устройство называется последовательностным (ПЦУ), если его выходные сигналы Y зависят не только от текущих значений входных сигналов X, но и от последовательности предыдущих входных сигналов. В ПЦУ последовательность поступления входных сигналов фиксируется запоминающими устройствами (элементами памяти).
Элемент памяти помимо входных и выходных сигналов характеризуется состоянием, которое может изменяться под воздействием сигналов на его входе. Простейший элемент памяти может принимать одно из двух состояний: 0 или 1. ПЦУ называются автоматами с памятью.
Основой построения ПЦУ является структурная теория конечных автоматов. В структурной теории автоматов используют способы построения сложных автоматов из более простых элементов. Функционально полный набор элементов для построения цифровых автоматов должен содержать: 1) логические элементы, образующие функционально полную систему для построения комбинационных устройств, например И-НЕ, ИЛИ-НЕ; 2) элементы памяти Т с двумя состояниями.
Примерами, функционально полных систем для построения конечных автоматов, могут быть следующие наборы элементов: 1) И-НЕ, Т; 2) ИЛИ-НЕ, Т; 3) И, ИЛИ, НЕ, Т.
На рис. 1 показана обобщенная структурная схема ПЦУ.
Рисунок 1.
Данная схема содержит комбинационное цифровое устройство (КЦУ) и запоминающее устройство (ЗУ), представляющее собой совокупность простейших элементов памяти Т1, Т2, …, Тк, на которые воздействуют сигналы U = {u1, u2, …, uк}. Под воздействием сигнала ui элемент Ti может перейти в одно из двух состояний: 0 или 1. Состояние элемента Ti отображается сигналом zi. Совокупность сигналов Z = {z1, z2,…, zk} отображает состояние ПЦУ. Общее число состояний ПЦУ будет 2к.