7131

Синтез комбинационных систем

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 2 Тема: Синтез комбинационных систем Под комбинационной схемой понимается цифровой автомат без памяти. Схема однозначно преобразует входные сигналы в выходные, без предистории. Под комбинационной схемой понимается такая схема...

Русский

2013-01-16

82 KB

29 чел.

Лекция 2

Тема:  Синтез  комбинационных систем

Под комбинационной схемой понимается цифровой автомат без памяти. Схема однозначно преобразует входные сигналы в выходные, без предистории.

Под комбинационной схемой понимается такая схема, комбинация сигналов на выходе которой в любой момент времени однозначно определяется только комбинацией сигналов на ее входе. В качестве примера комбинационной схемы можно привести разрядные шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов и другие схемы, не имеющие элементов памяти. Под комбинационной схемой понимается устройство, имеющее m входов и  n выходов, т.е. mn – полюсник.

        Рис. 2.1

1,….,хm)ε{0;1}

(f1,…,fn)ε{0;1}

В общем случае каждая функция fi(x1,…,xm) может зависеть от всех переменных, т.е. от состояния входа x1, x2…,xm.

Задачей комбинационной схемы является преобразование XF, отображение  множества  X={x1,…,хm} во множество F={f1,…,fn}.

Синтез комбинационной схемы происходит в следующей последовательности:

1) Определяют вид каждой функции f1….fn в виде таблицы истинности или какой-либо зависимости;

2) Выбирают базис логических элементов;

3) Представляют функции в выбранном базисе;

4) Минимизируют систему логических уравнений в выбранном базисе;

5) Строят функциональные схемы, используя заданную логику;

6) Строят принципиальную схему, затем монтажную.

                             

Пример:

fj  ( х1, х2, х3 )

j=0,….., N-1

N=22   =256;    m=3

Пусть  j=202

Число наборов  (k=2 m =8 ) составляет 8 наборов.

Таблица 2.1

X1

X2

X3

f202

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

2

0

1

0

0

3

0

1

1

1

4

1

0

0

0

5

1

0

1

0

6

1

1

0

1

7

1

1

1

1

1*27+1*26+1*23+0*23+1*21=20

  1.  Теорема: любая булева функция может быть представлена в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ).
  2.  Теорема: любая булева функция может быть представлена в совершенной конъюнктивной нормальной форме (СКНФ).

СДНФ

  1.  Берутся наборы, где функция =1, записывается 4 конъюнкции.
  2.  Между конъюнкциями ставится знак дизъюнкции.
  3.  Берется набор, где функция равна 1, если переменная =0, то в конъюнкции ставят инверсию над ней, если 1, то не ставят:

                  f202 = х1, х2, х3 v х1, х2, х3 v  х1, х2, х3 v х1, х2, х3 =V(1,3,6,7)

СКНФ

  1.  Берутся наборы, где функция =0, записывается 4 конъюнкции. Берется дизъюнкция от всех переменных – число дизъюнкций равно числу наборов, где она равна 0.
  2.  Между дизъюнкциями ставится знак конъюнкции.
  3.  В каждой дизъюнкции переменная входит без инверсии, если в наборе она равна 0.

 f202 = (х1 v х2 v х3)* (х1 v х2 v х3)* (х1 v х2 v х3)* (х1 v х2 v х3) =&(0,2,4,5)

Выбор базиса

Базисы бывают расширенные и минимальные. Под полным базисом понимается набор элементов, позволяющих реализовать любую булеву функцию.   {И, ИЛИ, НЕ}

В базисе {И, ИЛИ, НЕ} можно реализовать функцию: СДНФ, ДНФ, КНФ. Число входов определяется логикой и в технике определяется коэффициентом объединения по входу - квх. Второй коэффициент - коэффициент разветвления по выходу – квых определяет число входов аналогичных элементов, которое может быть подключено  к выходу данного элемента.

Чем больше в базисе элементов, тем проще реализовать схему. Однако в любой логике число элементов ограниченно. Кроме того, технически выпускать один тип элементов дешевле, поэтому часто стремятся использовать минимальный базис.

{/}  

{/}

{+}

{/}

{/}

Эти базисы позволяют строить схему, используя только один элемент.

Почему их не делают:

  1.  Схема получается весьма сложной
    1.  Сигналы проходят через большое число элементов, что приводит к снижению быстродействия.

Представление функции в выбранном базисе

Для представления функции в выбранном базисе используются обычные преобразования при помощи известных формул. Используется правило де Моргана.

х1 v х2 vv хm =  х1 ∙ х2  … ∙ хm

х1 ∙ х2  … ∙ хm  = х1 v х2 vv хm

х1  х2 = х1 ∙ х2  v х1 х2

х1 ~ х2 = х1 ∙ х2  v х1 х2

Задача сводится к тому, что в результате преобразования в системе уравнений многополюсника:

остаются только функции нужного базиса.

Минимизация систем уравнений в заданном базисе элементов.

Для минимизации функций используются известные методы, которые позволяют так упростить логическое выражение, не изменив функции, что соответствующая структурная схема оказывается существенно более простой.

Существует много методов: метод кубов, карты Вейчи, Карно, Мак – Класки.

Если схема строится в базисе { И, ИЛИ,НЕ}, то часто используются: графический способ минимизации, метод кубов, карта Вейчи, или Карно.

Карты Карно зависят от числа переменных. Если карты от трёх переменных , то она имеет 8 смежных клеток,

от 4-ёх  - 16,

от 5 – 32,

от 6 – 64.

00

01

11

10

0

1

1

1

1

1

Объединение клеток в прямоугольниках больших размерностей, кратных двум.

X1X2X3

0   0   1

0   1   1

(0  X  1) – размер, в котором X2 сократился

f202= (0,X,1)v(X,1,1)v(1,1,X)= X1X3vX2X3vX1X2

Построение функциональной схемы

Функциональная схема строится по минимальной схеме:

                     Рис.2.2

Схема строится слева направо, слева показываются входные переменные.


 
 КС

1

fn

f2

X1

  X2

Xm

.

.

.

.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74434. Новизна теоретических исследований: понятия, закономерности, дефиниции понятий, теория 17.81 KB
  Работа претендующая на роль теоретической должна содержать положения выводы благодаря которым происходит развитие наличных достоверных знаний по предмету соответствующей отрасли правовой науки. При этом новизна может охватывать предмет науки с разной полнотой. Второй уровень новизны образуют оригинальные решения отдельных проблем науки. Одна из распространенных в правовой науке форм теоретической новизны сводится к развитию совершенствованию понятийного аппарата науки.
74435. Новизна эмпирических юридических исследований: единичные и обобщенные факты, эмпирический закон 17.37 KB
  Новизна эмпирических юридических исследований: единичные и обобщенные факты эмпирический закон Исследование новизна которого ограничивается эмпирическим уровнем знаний представляет собой эмпирическое исследование. Итак эмпирическое исследование проводится с применением теоретических знаний для описания и оценки исследуемых фактов но в нем нет новых теоретических положений сформулированных лично автором иначе исследование относилось бы к теоретическому уровню познания. Эмпирическое юридическое исследование в полной мере соответствует...
74436. Общие принципы научного познания: объективность, всесторонность, системность, конкретно-исторический подход 16.87 KB
  Общие принципы научного познания: объективность всесторонность системность конкретноисторический подход В российской философской и юридической литературе в числе всеобщих принципов научного познания чаще всего называют принципы объективности познаваемости объективного мира всесторонности познания исторического и конкретноисторического подходов познания отдельного явления через выделение противоречивых его сторон и др. Принцип объективности означает что в процессе познания нужно подходить к исследуемым явлениям и предметам так как...
74437. Виды методологии правовых исследований 20.23 KB
  Методология догматических правовых исследований Догматическое правовое исследование является наиболее распространенным в правовой науке поскольку именно оно обеспечивает правоведов достоверными и полными знаниями о системе действующего права ее отдельных отраслях институтах и нормах права. Понимается как исследование норм права в целях выявления воли правотворческого органа выраженной в исследуемых источниках права общих и особенных черт признаков свойственных исследуемым нормам права и допущенных правотворческих ошибок. Методология...
74438. История западноевропейской правовой науки 18.62 KB
  История западноевропейской правовой науки. Порожденная практическими потребностями общества правовая наука вырабатывала представления об идеальном государстве и о справедливом праве характерные для конкретноисторических особенностей соответствующей эпохи и формулировала свои предложения о путях совершенствования политикоправовой практики. Поэтому историю правовой науки как и историю общества можно подразделить на четыре большие по времени эпохи: Древний мир Средневековье Новое время и современный период. Начало западноевропейской...
74440. Классификация как процедура научного исследования 17.46 KB
  При этом каждый обособленный класс образуют явления представляющие собой какую-либо одну форму признака взятого основанием классификации. Объектом классификации всегда выступает определенное множество однородных предметов явлений а не какой-либо единичный предмет или отдельное событие. Основание классификации представляет собой какой-либо признак присущий объекту исходя их которого производится классифицирование. Компоненты классы классификации это группы предметов явлений и т.
74441. Метод общей теории права и методы отраслевых юридических наук 15.1 KB
  Метод общей теории права и методы отраслевых юридических наук. По мнению одних авторов специфический метод правовой науки может быть представлен только ее теоретико-понятийным аппаратом а общие и специальные методы лишь применяются учеными-юристами но не разрабатываются ими. Его всеобщность выражается в том что данный метод используется во всех конкретных науках и на всех стадиях этапах научного познания; общие методы анализ синтез абстрагирование системно-структурный подход восхождение от абстрактного к конкретному которые как...
74442. Новизна метатеоретических юридических исследований 14.59 KB
  Исследование проводимое в целях получения новых знаний в сфере теории познания и методологии правовой науки понимается как метатеоретическое. Наиболее весомые результаты в разработке метатеоретических проблем правовой науки достигаются разработкой конкретных методологических правил обеспечивающих успешное применение в правовой науке конкретного специального или общего метода. Однако такие позитивные результаты в разработке проблем методологии правовой науки достигаются отнюдь не всегда. Другая распространенная форма новизны...