2. Разработка визуальных моделей

В этом разделе отчета описаны визуальные модели с точки зрения математики и логики, а также принцип их работы и элементы, из которых они состоят.

1. Этапы функционирования визуальной модели

Функционирование визуальной модели можно разделить на два ключевых этапа:

1. Моделирование устройства и определение его выходных сигналов на основе составленных математических моделей.

2. Визуализация результатов моделирования, т.е. демонстрация функционирования на уровне логических сигналов: текущего состояния устройства и изменения выходных сигналов во времени.

2. Общие принципы построения математических моделей

Таблица 1. Состояния RS-триггера
1	0	0
2	0	1	1	0
3	1	0	0	1
4	1	1	0	0

Вышеперечисленные некомбинационные устройства основываются на принципе работы RS-триггера. RS-триггер, построенный на элементах «ИЛИ-НЕ», может находиться в четырех состояниях (режимах): запись логического нуля, запись логической единицы, хранение, запрещенное состояние. Соответствие выходных сигналов и состояний, входным сигналам R и S представлено в табл.1.

При переходе из запрещенного состояния в режим хранения выходные сигналы RS-триггера не могут быть однозначно определены, поэтому моделирование такой ситуации производится случайным выбором одного из определенных состояний.

Таким образом, модель RS-триггера можно описать конечным автоматом с вероятностями перехода между состояниями, граф которого представлен на рис.1. В вершинах графа записаны значения выходных сигналов в формате , , на дугах графа сверху подписаны переходы, соответствующие режимам из табл.1, снизу – вероятности переходов.

Рис.1 Граф переходов состояний RS триггера

Моделирование некомбинационных устройств производится с постоянным и условным шагом времени так, чтобы для каждого предыдущего момента времени состояние устройства было определено.

3. Задачи визуализации

Визуализация модели некомбинационного устройства должна быть построена таким образом, чтобы пользователь, во-первых, мог на основе предоставленной информации о текущем состоянии модели определить все возможные переходы в следующие состояния, и, во-вторых, мог определить состояния и зависимости выходных сигналов модели от входных в предыдущие моменты времени моделирования. Иначе говоря, визуализация должна непротиворечиво и очевидно предоставлять информацию о том, что происходило и что может произойти с моделью. Это приводит к двум основным задачам визуализации:

1. Демонстрации текущего состояния модели на уровне логических сигналов.

2. Демонстрации предыдущих состояний модели и зависимости их переходов от входных сигналов.

4. Требования к визуальным моделям

Исходя из вышеописанных принципов моделирования и задач визуализации, определены следующие требования их разработки:

1. Моделирование устройств с постоянным условным шагом времени.

2. Интерактивность: предоставление пользователю средств управления моделью и визуализация результатов ее работы в динамическом режиме.

3. Наличие схемы моделируемого устройства, отображающей состояние модели, входные и выходные сигналы в текущий момент времени. Схема должна иметь два возможных режима отображения:

   • условный режим – условное графическое обозначение устройства, входов и выходов;

   • полный режим – отображение структуры моделируемого устройства на уровне внутренних логических компонентов и их соединений.

4. Построение временных диаграмм логических входных и выходных сигналов устройства с учетом следующих особенностей:

   • возможность демонстрации задержки формирования сигналов в моделируемом устройстве;

   • демонстрация влияния входных сигналов на выходные.