6: Память структурного автомата

6.1 Общие положения

Память структурного автомата предназначена для хранения состояний автомата (рис.6.1).

Рис. 6.1.

Количество элементов памяти вычисляется по формуле , где М - число состояний абстрактного автомата.

Качественная характеристика памяти основана на следующих положениях:

1. Так как для правильной работы схемы недопустимо участие выходных сигналов запоминающих элементов в формировании сигналов, которые по цепям обратной связи поступают на вход запоминающих элементов в тот же момент времени, то в качестве запоминающих элементов должны быть использованы абстрактные автоматы Мура.
2. Автомат, как элемент памяти должен быть с полной системой переходов и выходов для оптимального синтеза.

Полнота системы переходов означает, что для любой пары состояний  имеется свой входной сигнал, переводящий автомат из состояния a_m в состояние .

Полнота системы выходов означает, что для каждого состояния имеется свой выходной сигнал. Из этого следует, что выходные сигналы как бы могут быть отождествлены с состояниями автомата.

Пример автомата с полной системой переходов и выходов приведен в табл.6.1.

Рассмотрев каждый переход по табл.6.1, можно эту информацию представить в несколько другой форме, так как показано втабл.6.2

6.2. Триггеры.

В качестве элементов памяти чаще всего используются триггеры. Триггер - это элемент электронных схем, который может находиться в любом из двух устойчивых состояний, а также многократно переходить из одного состояния в другое. Применительно к логическим схемам два состояния триггера соответствуют логической "1" и логическому "0". Таким образом, триггеры являются одноразрядными элементами памяти.

Рассмотрим наиболее широко применимые триггеры, такие как RS -триггеры, Т -триггеры, D - триггеры и JK - триггеры.

6.2.1. RS-триггеры.

Рис. 6.2.

На схемах триггеры обозначаются в виде прямоугольника, разделенного на два поля. В левом поле указаны названия входовтриггера (рис.6.2,a), в правом буквой "Т" обозначен триггер, имеющий прямой выход  и инверсный .

На рис.6.2,б показана реализация триггера с помощью вентилей И-НЕ.

Работа RS -триггера представлена в табл.6.3.

Если триггер установлен в 1, то это значение сохраняется в нем до тех пор, пока не будет произведен сброс (подача сигнала на вход R -reset ) или не будет выключено питание. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Если триггер установлен в 0, то это значение сохраняется в нем до тех пор, пока не будет подан сигнал на вход S -set . Одновременная подача сигналов на оба входа триггера является запрещенной, так как в этом случае ситуация получается неоднозначной. В более сложных триггерах, например в JK -триггерах, подобная ситуация исключается

Рис. 6.3.

Обозначим функции возбуждения  и , которые поступают соответственно на R и S входы триггера (рис.6.3) (табл.6.4). Работу триггера представим таблицей переходов аналогично табл.6.2, т.е. опишем все переходы из исходного состояния триггера в возможные состояния переходов( табл.6.5).

Таблица 6.4.

R S	0	1
0 0	0	1
0 1	1	1
1 0	0	0
1 1	-	-

Таблица 6.5.

0	00v10	0
0	0 1	1
1	0 1	0
1	00v01	1

Таблица 6.6.

0	- 0	0
0	0 1	1
1	1 0	0
1	0 -	1

Анализируя табл.6.5, видим, что триггер из состояния "0" в состояние "0" переходит, когда на оба входа подается "0" или на входеS "0", а на входе R может быть "1", то есть на входе S всегда при таком переходе должен быть "0", а на входе R любой сигнал. Таким образом, функции возбуждения при переходе триггера из "0" в "0" таковы: ,  "-" (любой сигнал). Переход триггера из состояния "0" в состояние "1" происходит, если на входе S "1", а на входе R должен быть "0", то есть функции возбуждения при переходе триггера из "0" в "1":  и т.д. Все переходы и соответствующие функции возбуждения RS -триггера показаны в табл.6.6. Эту таблицу иногда называют таблицей функций возбуждения RS -триггера.

6.2.2. Т - триггер (триггер со счетным входом)

Таблица 6.7.

T	0	1
0	0	1
1	1	0

Таблица 6.8.

0	0	0
0	1	1
1	1	0
1	0	1

Таблица 6.9.

D	0	1
0	0	0
1	1	1

Таблица 6.10.

0	0	0
0	1	1
1	0	0
1	1	1

Тактируемый триггер, выход которого "переключается", то есть изменяет текущее состояние на противоположное при каждом поступлении активного сигнала "1". Работа Т -триггера описана в табл.6.7, представление которой для явного отображения функции возбуждения Т -триггера дано в табл.6.8. , только тогда, когда состояние автомата переходит из 0 в 1 или из 1 в 0.

Рис. 6.4.

6.2.3. D-триггер (элемент задержки)

D -триггер (рис.6.5) имеет режимы установки "1" и "0" и реализует функцию временной задержки (табл.6.8). Как видим изтабл.6.9 функция рис.6.5 возбуждения D - триггера  совпадает с состоянием, в которое переключается триггер.

Рис. 6.5.

6.2.4. JK-триггер

Рис. 6.6.

Наиболее широко используемым является универсальный JK -триггер (рис.6.6). Работа JK -триггера представлена в табл.6.11. Одновременная подача сигналов на оба входа триггера заставляет его работать как Т - триггер, то есть если триггер был установлен в "0", то он переключается в "1" и наоборот.

Обозначим функции возбуждения  и , которые поступают соответственно на J и K входы триггера (рис.6.6) и (табл.6.11). Работу триггера представим таблицей (табл.6.12) и таблицами функций возбуждения (табл.6.13) и (табл.6.14).

Таблица 6.12.

J K	0	1
0 0	0	1
1 0	1	1
1 1	1	0
0 1	0	0

Таблица 6.13.

0	00v01	0
0	10v11	1
1	01v11	0
1	00v10	1

Таблица 6.14.

0	0 -	0
0	1 -	1
1	- 1	0
1	- 0	1

Анализируя табл.6.11, видим, что триггер из состояния "0" в состояние "1" переходит, когда на вход К подается "1", а на входе Jможет быть любой сигнал. Переход триггера из состояния "1" в состояние "0" происходит, если на входе J "1", а на входе К любой сигнал. Таким образом, функции возбуждения таковы: , при переходе триггера из "1" в "0" и  при переходе триггера из "0" в "1".