Во введении было отмечено, что любой автомат, в том числе синхронный УА, может быть представлен в виде «чёрного ящика» (так называемый нулевой уровень абстракции). Подобный «чёрный ящик» изображен на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 - Структурная схема УА в виде «черного ящика»
На этом рисунке показаны: множество входных сигналов х1…хn, множество выходных сигналов y1…ym, представляющие собой наборы микроопераций и сигнал s, синхронизирующий работу УА.
Работу синхронного УА можно описать следующим образом. На каждом i-м шаге дискретного времени на входы УА поступают входные сигналы (буквы входного алфавита) х1…хn, каждый из которых принимает одно из двух возможных дискретных значений, то есть X={0, 1}. Входные сигналы УА формируют некоторую совокупность выходных сигналов Yi из множества y1…ym, причем Y также определяется множеством {0, 1}. В ТА входные сигналы х1…хn называют логическими условиями, выходные сигналы y1…ym – соответственно, микрооперациями, которые в совокупности составляют микрокоманды Yi.
Переход на следующий шаг алгоритма работы УА осуществляется с приходом очередного синхроимпульса s, выбор которого определяется ГСА работы УА и значением одного или нескольких входных сигналов.
Выходные сигналы микроопераций y1…ym могут иметь различную длительность. Это говорит о том, что одни УА формируют короткие сигналы (импульсы) на выходе, а другие УА формируют длинные сигналы (потенциалы). Математические модели этих УА, естественно, различаются. УА, формирующие импульсы, описываются математической моделью Мили, а вторые – соответственно, Мура.
Математические модели Мили и Мура позволяют детализировать УА на новом, первом уровне детализации. По этой причине, структура синтезируемого УА может быть представлена в виде двух взаимосвязанных функциональных частей (рисунок 1.2): логического преобразователя (ЛП) и блока памяти (БП).
Рисунок 1.2 - Первый уровень детализации УА.
ЛП представляет собой комбинационный автомат или комбинационная часть УА, а БП содержит r элементов памяти, синхронных триггерных схем. Для синхронной работы функциональных частей УА по-прежнему требуется синхронизирующий сигнал s.
Совокупность сигналов d1…dr (рисунок 1.2.) представляет собой двоичный структурный код в некоторый текущий момент дискретного времени. Этот код формируется ЛП и определяет внутренне состояние синхронного УА в этот момент времени. Совокупность сигналов f1…fr – это структурный код в следующий момент времени и соответствующий следующему внутреннему состоянию УА. Совокупность одновременных сигналов f1…fr принято называть функцией возбуждения БП, а каждый из отдельных сигналов f1…fr называют функцией возбуждения элемента памяти.
Таким образом, задачей ЛП является формирование набора выходных сигналов y1…ym и функций возбуждения элементов памяти f1…fr как некоторой системы логических функций, аргументами которых являются переменные х1…хn и d1…dr. Такую систему логических функций в ТА принято называть каноническими логическими уравнениями УА.