Кодирование внутренних состояний.

Этапы кодирования внутренних состояний занимает промежуточное положение между абстрактным и структурным синтезом. Для построения схемы включения элементов памяти и схемы формирования входных сигналов необходимо знать какой набор состояний элементов памяти сопоставляется с тем или иным внутренним состоянием в зависимости от того как проведено это сопоставление зависит сложность структуры автомата и его устойчивость.

Процесс сопоставления каждому внутреннему состоянию автомата набора состояния элементов памяти, называется кодированием внутренних состояний.

При синтезе автоматов определяют одно из основных его свойств – это устойчивое состояние по отношению к состязанию элементов памяти.

Пусть, по условию работы при появлении на входе автомата состояние x₁ , он должен перейти из внутреннего состояния “000” во внутреннее состояние “011”. Переход из состояния “000” в два оставшихся состояния , условием работы не предусмотрено.

Таким образом при переходе из состояния “000” в состояние “011” в автомате должны сработать второй и третий элементы памяти. Однако из-за разброса времени срабатывание элементов памяти может сработать сигнал один из двух элементов памяти. В этом случае автомат попадает в одно из двух не предусмотренных в этом переходе состояний. Аналогичные явления могут возникнуть при отпускание элементов памяти. Принято считать, что в автомате, где внутренние состояния закодированы так, что в заданных условиях работы найдется хотя бы один переход при котором должны одновременно сработать два и более элементов памяти имеются состязания (гонки) элементов.

Различают критические и не критические состязания элементов памяти.

К критическим относятся такие состязания, которые: могут исказить алгоритм функционирования автомата, то есть его функцию переходов и выходов.

К не критическим состязаниям элементов памяти относят к таким которые не приводят к искажениям ни функции переходов не функции выходов.

Можно заключить что состязание не возникнут в том автомате в котором при переходе из одного внутреннего состояния в другое изменяется состояние только одного элемента памяти.

Кодирование с устранением гонок (состязаний) называется противогоночным. Исключить состязание элементов памяти в автомате можно кодированием внутренних состояний числами с кодовым расстоянием d=1.

Кодирование смежных состояний с соседними числами не всегда возможно. Эти возможности ограничены тем, что из имеющихся в наличии двоичных чисел не всегда удается подобрать соседние для всех смежных состояний.

В случаях, когда не возможно подобрать кодовые комбинации для всех смежных состояний, используют увеличение элементов памяти.

Существуют смежные методы устранения состязаний элементов памяти.

1. Заключается тактировании входных сигналов автомата импульсами определенной длительности. Предполагается, что кроме входных сигналов x₁, x₂…x_n. Существует также входной сигнал C-синхросигнал. Таким образом входным сигналом при переходе автомата a_i в состояние a_j входным сигналом будет не x_i а входной сигнал Cx_i. В таком случае если длительность T_c меньше самого короткого пути прохождения тактированного сигнала обратной связи по комбинационной схеме то к моменту перехода в промежуточное состояние сигнал С=0, следовательно C_x=0, что в свою очередь исключает состязание.

2. Заключается в ведение двойной памяти. В данном случае каждый элемент памяти дублируется причём информация из триггера T₁ в T₂ передается в момент отсутствия тактируемого импульса С=0. Сигналы обратной связи для получения функции возбуждения и выхода автомата смешаются в T₂. Таким образом состязания могут возникнуть только между триггерами T₁.

Целью повышения надежности дискретных управляющих устройств в их структуру ведется избыточность, таким образом вводится резервирование.

Избыточность зависит от способа кодирования внутренних состояний.

Часто задача заключается в том, чтобы построить автомат который способен нормально функционировать при наличие в схеме определенного заданного числа отказов. Такой способ введения избыточности требует определенного способа кодирования входов-выходов и элементов памяти.

Различают два типа отказов элементов автомата

1.Нулевое

2.Единичное.

Под нулевым отказом понимают отказы приводящие при замене функции выходов с «1» на «0».

По единичным отказом понимают отказы приводящие к замене функции с «0» на «1».

Чтобы исключить возможность перехода одного вектора в другой при появлении в схеме N отказов необходимо данные вектора разнести по кодовым расстояниям d>N. Это в свою очередь возможно благодаря введения дополнительных элементов в структуру автомата.

Пример. Необходимо синтезировать автомат обеспечивающий защиту от одиночных отказов N=1, S=0, r=1,

d=1+0+1=2.

K=2^Q-1

K – количество кодирующих переменных.

Q – количество элементов памяти.