22114

Понятие устойчивости конечного автомата

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Дело в том что триггера в схеме имеет различные времена задержек сигналов обратной связи которые поступают с выходов триггеров на их входы через комбинационную схему II. По этим причинам если при переходе автомата из состояния ai в as должны измениться состояния нескольких триггеров то между выходными сигналами этих триггеров начинаются гонки. изменит свое состояние раньше других триггеров может через цепь обратной связи изменить может изменить сигналы возбуждения на входах других триггеров до того момента как они изменят свои состояния....

Русский

2013-08-04

48 KB

2 чел.

Лекция 17

 

Вторая техническая особенность конечного автомата связана с возможностью возникновения неустойчивых состояний и так называемых «гонок» в автомате. Понятие устойчивости заключается в следующем.

Пусть в графе автомата мы имеем такой участок. Здесь оба перехода (aias) и (as-af) выполняются под действием одного и того же входного сигнала xj. Если длительность синхронизирующего сигнала СИ2 больше времени перехода автомата из состояния ai в состояние as, то сразу после перехода автомата в as может начаться переход в следующие состояния af под действием того же входного сигнала xj. Если длительность синхронизирующего сигнала СИ2 больше времени перехода автомата из состояния ai  в состояние as, то сразу после перехода автомата в as может начаться переход в следующее состояние af под действием того же входного сигнала xj. Таким образом автомат может перескочить состояние as и к моменту времени t+1 оказаться в as, как это требуется по графу, а в af. Состояние as в данном случае будет неустойчивым.

Другой неприятный момент заключается в том, что при работе автомата могут возникать так называемые «гонки» (состязания). Дело в том, что триггера в схеме имеет различные времена задержек сигналов обратной связи, которые поступают с выходов триггеров на их входы через комбинационную схему II. По этим причинам, если при переходе автомата из состояния ai в as должны измениться состояния нескольких триггеров, то между выходными сигналами этих триггеров начинаются гонки. Тот триггер, который выиграет гонки, т.е. изменит свое состояние раньше других триггеров, может через цепь обратной связи изменить может изменить сигналы возбуждения на входах других триггеров до того момента, как они изменят свои состояния. Это, очевидно, может вызвать переход автомата совсем не в то состояние, которое нужно графу. Например. Пусть ai=101, а as=010. Тогда при переходе из ai в as под действием входного сигнала xj меняются состояния всех триггеров. Допустим, что первый триггер изменил свое состояние раньше других. В этом случае автомат окажется в некотором промежуточном состоянии ah=001, и если из этого состояния есть переход под действием сигнала xj в al=011, то автомат в момент времени t+1может оказаться в al, а не в as.

Для устранения описанного эффекта гонок и неустойчивых состояний часто используют двойную память в автомате, когда каждый триггер в схеме дублируется. Структурная схема автомата выглядит при этом следующим образом.


Здесь под действием синхронизирующего сигнала СИ1 формируются выходные сигналы Zl(t)  и переключаются триггера первого ряда. Под действием СИ2 состояния триггеров первого ряда переписываются в соответствующие триггера второго ряда. Поскольку СИ2 сдвинуты относительно СИ1, а сигнал обратной связи о состоянии автомата снимается с триггеров второго ряда, то в момент поступления входного сигнала, т.е. в  СИ1, состояние автомата не изменяется и продолжает оставаться прежним до СИ2. Поэтому в такой схеме полностью обеспечивается устойчивость состояний и устраняется влияние гонок. Действительно, гонки сигналов с выходов триггеров второго ряда возможны в момент СИ2, т.е. в момент переключения этих триггеров. Но в момент СИ2=1, СИ1=0 и следовательно эти гонки никак не могут повлиять на состояния триггеров первого ряда, которые переключаются в момент СИ1=1. Также не будет и неустойчивых состояний, поскольку автомат не может проскочить за один такт через одно состояние и перейти в следующее, ибо в момент перехода триггеров первого ряда в новое состояние, т.е. в СИ1, состояние триггеров второго ряда не меняется (СИ2=0) и, следовательно, не могут измениться и сигналы возбуждения триггеров первого ряда, которые зависят от состояния триггеров второго ряда. Поэтому автомат не может проскочить состояние.

С целью упрощения построения схем автоматов, имеющих двойную память, промышленность выпускает специальные двухступенчатые триггера. Рассмотрим работу такого триггера на примере двухступенчатого JK-триггера.

Особенностью двухступенчатого триггера является то, что он меняет свое состояние в момент окончания синхронизирующего сигнала С. В результате этого во время действия сигнала С выходные сигналы триггера не меняются, а происходит запись информации в триггер Т1. В момент С=0 состояние триггера Т1 переписывается в Т1’.

Q

 

_

Q

 

J

Q

C _

Q

K


Комбинационная схема
II

&

&

T1

TR

&

&

&

&

R

S

T

R

S

T

Комбинационная схема I

&

&

TT

J

C

K

S

R

T1

&

&

T1

J

K

&

&

1