7416

Программируемые логические матрицы

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Тема: Программируемые логические матрицы Программируемая логическая матрица (ПЛМ) - это универсальная структура, позволяющая запрограммировать систему булевых функций путем организации связи между вертикальными и горизонтальными шинами. Набор э...

Русский

2013-01-23

240 KB

70 чел.

Тема: Программируемые логические матрицы

Программируемая логическая матрица (ПЛМ) – это универсальная структура, позволяющая запрограммировать систему булевых функций путем организации связи между вертикальными и горизонтальными шинами. Набор этой связи программируется, в результате программирования логической матрицы (ПМЛ)  может реализовать заданную систему выражений. Такая матрица может быть настроена на выполнение любой логической функции определенной сложности.

ПЛМ может осуществляться на заводе в процессе изготовления микросхемы на этапе формирования элементов в узлах матриц. Программирование может выполняться пользователем.

Поясним работу ПЛМ на схеме рис. 11.1.

                    R1      R2    R3     R4     R5

 

         

                           Рис. 11.1

        Матрица М1 реализует необходимые конъюнкции, причем, если необходимо установить связь в матрице М1, на пересечении устанавливается диод. Диод позволяет осуществлять гальваническую связь между горизонтальной шиной,  имеющей соответствующую переменную, и вертикальной шиной, имеющей необходимую конъюнкцию. Если такой связи не надо, диод прожигается. В результате диод отсутствует и переменная  не участвует в образовании конъюнкции.

       Сопротивления R1,R2,R3,R4,R5 обеспечивает протекание тока через диод на базис соответствующего транзистора и появление потенциалов.

        Матрица М2 обладает собирательным свойством и программируется для организации необходимой ДНФ. На пересечении матрицы устанавливаются транзисторы p-n типа, которые так же программируются. Обычно в цепи эммитера этого транзистора имеется сопротивление, которое при программировании прожигается. В результате связь между горизонтальной и вертикальной шиной теряется.

При программировании черточками указывается наличие  связей в матрице М2 ,т.е. «/» на схеме  означают, что в этих местах матрицы имеются  транзисторы.

При  срабатывании транзистора, соответственно  на R6,R7 или R8 появляется лог. 1 и становится истинной соответствующие  функция  y1-y3.

Учитывая, что любая булевая функция  может быть представлена в СДНФ, которая затем может быть минимизирована, программирование  логической матрицы позволяет осуществить построение матрицы любой комбинированной схемы, которая отсутствует в памяти. Схема работает только при наличии входных сигналов и не запоминает предыдущее состояние.

Недостатком схемы является невозможность перепрограммирования.

                     

Тема: Управляющие цифровые автоматы

Под автоматом понимается цифровое устройство, состояние которого зависит  не только от входных сигналов, но и от предыдущего состояния.

       Существует два типа автоматов: абстрактные  и структурные.

       Абстрактные автоматы – это автоматы с одним входом и одним выходом. Они называются абстрактными потому, что они абстрагируют построение структуры, а изучают законы преобразования входных символов в выходные.

      Схема абстрактного автомата представлена на рис 11.2

                

                                Рис. 11.2

     Абстрактные автоматы также изучают процесс преобразования последовательности входных импульсов в  выходную последовательность.

В основу изучения этих автоматов положена машина Тюринга, в которой  на вход поступает лента, где закодированы символы в виде 0 или 1. Лента может передвигаться влево/вправо и выдавать выходной сигнал, учитывая состояния автомата и значение входного сигнала.

    На практике такие автоматы сложно реализуются, очень медленные.

    Изучается на практике структурный автомат, который имеет входное слово x1,x2,,…..,xn, параллельно поступающее на входы автомата и преобразующееся в структуру выходных сигналов y1,y2,…,ym.

                Схема структурного автомата представлена на рис. 11.3

                

                        Рис. 11.3

           Последовательность входных слов Х={x1,x2,...,xn} запоминается в автомате, имеющем структуру памяти Q={q1,q2,...,qn}, которая влияет на структуру выходных сигналов У={y1,y2,..., ym}.

Тема: Структурные автоматы Мили, Мура

       Закон  функционирования автоматов можно задать в виде функции переходов f и  функции  выходов .

      Функция переходов f  определяет состояние автомата a(t+1) в момент времени t+1 в зависимости от предыдущего состояния автомата a(t)  и значения входных сигналов x(t) в момент t:

a (t+1) = f(a(t); x(t)),

где t - дискретное время, имеющее значение равное 0,1,2… .

      Эта функция указывает закон смены автомата на последовательность таблицы. В самый начальный момент времени автомат находится в состоянии a(0) и это состояние определено до момента поступления входных сигналов x(t). Обычно это состояние  задается принудительно путём обновления памяти автомата или установки ее в нулевое состояние.       

     Выходные сигналы автомата y(t) могут задаваться в виде функции выходов , определяющей зависимость y(t)  от предыдущего состояния автомата a(t)  и входных сигналов x(t):

y(t) = (a(t); x(t)).

     Автомат с такой функцией выходов называется автоматом Мили.

Автомат Мили характеризуется  высоким быстродействием, выходные сигналы появляются с появлением входных сигналов. Недостатком этого автомата является возможность появления  неустойчивого состояния в момент переключения памяти a(t) .

   Другой тип автомата - автомат Мура. Особенность автомата Мура в том, что в нём выходные сигналы зависят лишь от внутреннего состояния a(t) и не зависят от входных сигналов.  Функции переходов и выходов для него имеют вид

a (t+1) = f(a(t); x(t)),       y(t) = (a(t)).

    Выходной сигнал четко формируется при появлении соответствующих состояний автомата.

    Автомат Мура обладает большей устойчивостью, так как функция выходов зависит только от состояния автомата. 

Однако, чтобы получить новый выходной сигнал требуется изменить состояние автомата, на которое требуется время.

     Закон функционирования автоматов Мили и Мура можно задать в виде таблиц переходов и выходов либо с помощью автоматных графов.

     Задание автомата Мили в виде таблиц переходов и выходов представлено в табл. 11.1. здесь в клетках, расположенных на пересечении столбцов текущего состояния автомата (a0, ..., a3) со строками текущего значения входного сигнала (x1, x2), указываются следующее состояние (состояние в следующем такте) и значение выходного сигнала (например,

a1/ y2).

                                                                                                                 Таблица 11.1

Входной сигнал

a0

a1

a2

a3

x1

a1/ y2

a3/ y2

a1/ y1

a0/ y1

x2

a0/ y1

a2/ y1

a3/ y1

a3/ y3

    Функционирование этого же автомата в форме графа представлено на   рис 11.4. Граф состоит из узлов, отождествляемых с состояниями автомата. Связи между узлами показывают переходы автомата из одного состояния в другое под воздействием входных сигналов. На каждой связи указывается формируемый на выходе автомата сигнал. Задавая произвольное входное слово в виде последовательности сигналов x1 и x2, можно определять соответствующее выходное слово для данного автомата:

      входное слово               x2 x1 x2 x2  x1 x2  x1 x1 x2......

      состояние автомата      a0 a0a1 a2 a3  a0 a0 a1 a3 a3  

      выходное слово            y1 y2 y1 y1 y1 y1 y2 y2y3…..

       

                        Рис. 11.4

     Пример задания автомата Мура в форме таблицы переходов и выходов показан в табл. 11.2. Соответствующий этому автомату граф приведен на

рис. 11.5.

                                                                                                                 Таблица 11.2

Входной сигнал

y1

y3

y3

y2

y1

a0

a1

a2

a3

a4

x1

a1

a1

a0

a2

a0

x2

a4

a2

a3

a4

a2

   Данный автомат Мура производит следующее преобразование данных:

      входное слово               x2 x2 x2  x1 x1x2  x1 x1 x2......

      состояние автомата      a0 a4 a2 a3  a2 a0 a4 a0 a1 a2  

      выходное слово            y1 y1 y3 y2 y3y1 y1 y1 y3…...

  

     Пример, предположим, что автоматы находятся в начальный момент времени, t=0, в состоянии a0 = a(0). Пусть  на вход приходит сигнал x1, то автомат переходит в состояние a1  и передает сигнал y2, а при приходе сигнала x2 переходит в состояние a2  и передает сигнал y1.

      X               x1 x2  x1......

      A               a1 a2 a1......

      Y               y2 y1 y1…..

       t                0  1  2 ......

     Работа автомата Мили заключается в анализе входных сигналов, которые поступают на его вход при смене своих состояний в следующий момент времени и выдачи последовательности  выходных сигналов  в виде слова Y.

   Аналогичным образом можно проанализировать работу автомата Мура.

   Не исключено, что оба автомата могут описывать один и тот же закон преобразования информации. При этом число состояний автомата Мура будет на один больше, что требует большего числа памяти. В то же время автомат Мили сложнее реализует функции выходов, что усложняет комбинационную схему и её реализацию.


ПЛМ

(КС)

y1

y2

y3

х2

3

х1

А

y

х

А

х1

х2

.

.

хn

y1

y2

ym

.

.

a0

 x1, y2

x1, y2

 x2, y1

a3

a1

a2

 x2, y1

 x1, y1

 x2, y1

 x1, y1

 x2, y3

a0

x1

x1

 x2

a3

a1

a2

x2

x1

  ,y1

       y1

a4

x1

x2

x1

 x2

 y3

x2

 y2

y3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23183. Визначальні категоріальні характеристики світу 40 KB
  Визначальні категоріальні характеристики світу. Визначення змісту поняття світ можливе і дійсне тільки у системі відношення людина світ . Іншими словами світ є все те що відмінне від людини і що одночасно органічно має людину в собі. Отже на противагу об'єктивно існуючому світу є внутрішній світ людини .
23184. Поняття природи 115 KB
  природаангл. В побуті слово природа часто вживається у значенні природне середовище в якому живе людина все що нас оточує за винятком створеного людиною. 4 Друга природа створені людиною матеріальні умови її існування. У широкому розумінні природа органічний і неорганічний матеріальний світ Всесвіт у всій сукупності і зв'язках його форм що є об'єктом людської діяльності і пізнання основний об'єкт вивчення науки включно з тим що створене діяльністю людини.
23185. Народонаселення як природне явище 45.5 KB
  Народонаселення як природне явище Насе́лення лю́дність сукупність людей що постійно живуть в межах якоїсь конкретно вказанної територіїрайоні місті області частини країни країні континенту чи всієї земної кулі тощо. Наука яка вивчає розмір структури динаміку руху і розвиток населення зветься д е мо г ра фі я. Сукупність людей які здатні до самовідтворення та саморозвитку й проживають на певній територіїкраїна регіон континент чи будьяка інша частина планети називають населенням або народонаселенням. Населення в...
23187. Поняття глобалізаціїї та форми її існування 43 KB
  Поняття глобалізаціїї та форми її існування. Історичні етапи глобалізації: Сучасна глобалізація підготовлена багатьма історичними процесами: 1. Деякі дослідники вважаютьщо початковими формами глобалізації була торгівля та захоплення нових територій5 тис.Інші знаходять елементи глобалізації в епоху античності а саме у створенні імперії Олександра Македонського 1V ст.
23188. Глобальні проблеми сучасності 53 KB
  В загальному вигляді всі ці ресурси можна умовно віднести до трьох груп: матеріальніповітря вода їжа одяг засоби виробництва пересування матеріали для житла та ін. енергетичнірізноманітні форми енергії що дозволяють перетворювати матеріальні ресурси та інформаційнімова знання досвід тощо. Всі ці ресурси людина в своїй повсякденній та виробничій діяльності отримує з навколишнього середовища яке по суті є системою що включає природний антропогеннийстворений людиною та соціальнийприродноантропогенний компоненти....
23189. Екологічні проблеми та шляхи їхрозв’язання 35.5 KB
  Екологічні проблеми та шляхи їхрозв’язання Екологічні проблеми це проблемипов’язані з впливом на природне середовище діяльності людини що спричинює порушення структури та функціонування природних системекосистем ландшафтів і викликає негативні соціальні економічні та інші наслідки. Поняття екологічної проблеми є антропоцентричним тому що всі негативні зміни оцінюютьс яз точки зору значимості для людини та умов її існування. З огляду на порушення певних компонентів середовищачи екосистеми екологічні проблеми розділяють на такі...
23190. Інтелект,почуття,пам»ять і воля як здатності людини 49.5 KB
  Пам'ять є складною системою процесів що здійснюють повний цикл перетворень інформації суб'єктом: запам'ятовування зберігання відтворення і забування. Запам'ятовування–це процес пам'яті який забезпечує приймання відбір і фіксацію інформації завдяки утворенню й закріпленню тимчасових нервових зв'язків. Запам'ятовування як і інші психічні процеси буває мимовільним і довільним. А Мимовільне запам'ятовування має місце тоді коли людина не ставить собі за мету щось закріплювати і в подальшому використовувати цю інформацію.