Цифровые устройства последовательностного типа

Все цифровые устройства (ЦУ) принято разбивать на два класса: комбинационные ЦУ (КЦУ) и последовательностные ЦУ (ПЦУ).

Отличительные особенности этих классов ЦУ состоят в следующем. Для КЦУ значения выходных переменных в некоторый момент времени определяются только значениями входных переменных в тот же момент времени. Для ПЦУ значения выходных переменных определяются не только входными переменными в данный момент, но и их значениями в предшествующие моменты времени. Примером, поясняющим принцип работы ПЦУ, является телефон. Чтобы соединиться с определенным абонентом, следует набрать последовательность цифр, соответствующую его номеру. Произойдет ли подключение к нужному абоненту, когда набирается последняя цифра, зависит как от этой цифры, так и от ранее набранной комбинации цифр.

Изменения значений входных переменных ЦУ происходят дискретно во времени. При этом временные интервалы, в течение которых эти значения сохраняются неизменными, называют тактами работы ЦУ. Если пронумеровать такты в порядке их возрастания, то для некоторого k-го такта работы ПЦУ зависимость выходных переменных от входных в общем виде может быть задана соотношением

(1)

где -вектор выходных переменных, соответствующий k-ому такту работы;

m – число выходов ПЦУ;

- вектор входных переменных соответственно k-го, k-1, …, k-r тактов работы, j=0,1,…,r;

n – число входов ПЦУ;

-оператор преобразования ПЦУ.

Для реализации зависимости (1) ПЦУ должно характеризоваться свойством запоминания входных переменных, т.е. устройство должно обладать памятью. Память ПЦУ может охватывать произвольное, но обязательно конечное число (r) тактов работы. Поэтому за ПЦУ закрепились также следующие наименования: ЦУ с памятью, многотактные ЦУ, конечные автоматы.

Свойство запоминания информации обеспечивается наличием у ПЦУ r различных устойчивых внутренних состояний Q₁, Q₂, …, Q_r, каждое из которых характеризуется определенной комбинацией сигналов во внутренних цепях ПЦУ. По аналогии со входными и выходными переменными внутренние переменные (состояния) кодируются двоичными L-разрядными числами. Значение L определяется из соотношения L=[log₂r]+1, где […] обозначает целую часть log₂r.

Из вышеизложенного следует: ПЦУ – это цифровой преобразователь информации, способный принимать различные состояния, хранить (сохранять) их, переходить под воздействием входных сигналов из одного состояния в другое и формировать выходные сигналы. Следовательно, задание оператора, реализуемого ПЦУ предполагает: во-первых, установление связи выходных переменных со входными и внутренними переменными для одного и того же такта работы ПЦУ, т.е. связи вида

(2)

во-вторых, установление связи внутренних переменных для (k+1)-го такта со значениями входных и внутренних переменных k-го такта, т.е. связи вида

(3)

Приведенные соотношения именуют функциями (уравнениями) выходов (2) и переходов (3). Табличные формы представления указанных функций чаще являются более наглядными и удобными для анализа работы ПЦУ. Соответствующие таблицы называются таблицей выходов и таблицей переходов.