Вступ. Лікар техн. наук, професор С
К55
Лікар техн. наук, професорС. Ф. Тюрін
(Пермський військовий інститут ракетних військ)
Канд. техн. наук, доцентР. В. Кропачов
(Пермський державний технічний університет)
К55 Теорія автоматів. Дискретні пристрої: Конспект лекцій/Перм. держ. техн.
ун-т. – Перм, 2004 . - Ч. 1. - 104 с.
Розглянуто математичні основи теорії дискретних пристроїв, опис та аналіз функціонування комбінаційних дискретних пристроїв (автоматів) та дискретних пристроїв (автоматів) з пам'яттю.
Конспект лекцій написаний відповідно до робочої програми дисципліни «Теорія автоматів» для спеціальності 2201 «Обчислювальні машини, комплекси, системи та мережі».
У найзагальнішому сенсі дискретним (релейним) пристроєм називається технічне пристрій, призначене перетворення за заданої програмі вхідний інформації, що у вигляді дискретних сигналів, у вихідну дискретну інформацію.
Дискретні пристрої порівняно з пристроями безперервної дії мають ряд переваг: швидкодію, стійкість до перешкод, універсальність. Крім перерахованих, дискретні пристрої мають ще й ту перевагу, що можуть виконувати різні логічні операції, що дозволяє дуже широко використовувати їх у сучасних автоматизованих системах контролю та управління.
Сучасна техніка являє собою складні комплекси технічних пристроїв, що включають автоматизовані системи контролю та управління, електронну обчислювальну техніку, системи дистанційного управління та передачі інформації і т.д. Всі ці пристрої можна поєднати загальною назвою – автоматизовані системи контролю та управління (АСКУ).
Основною елементною базою дляпобудови сучасних АСКУ, у тому числі цифрових обчислювальних машин, є дискретні пристрої.
Окреслимо коротко, як йшов розвиток самих дискретних пристроїв та науки про дискретні пристрої.
Серед чудових винаходів першої половини XIX століття скромне місце займало електромагнітне реле, яке спочатку здійснювало посилення електричних телеграфних сигналів і отримало свою назву від французького слова «relais », що означає «пункт перевантаження», «місце зміни коней».
Ніхто було припустити, що це скромне реле пізніше стане родоначальником великий галузі техніки, основою дискретних систем автоматики, телемеханіки, зв'язку основою розвитку обчислювальної техніки і побудови ЕОМ.
Поряд з електричними реле з'явилися механічні, пневматичні, гідравлічні та інші. Розвиток радіоелектроніки призвело до створення спочатку електронних та іонних ламп, а потім напівпровідникових, магнітних та інших приладів, що мають дію, аналогічну дії реле, здатних передавати, посилювати і переробляти дискретні сигнали, але не мають механічних деталей та контактів. Ці пристрої отримали загальну назву безконтактних елементів (приладів) релейної дії.
Розвиток мікроелектроніки спричинило створення інтегральних мікросхем. Побудова інтегральних схем полягає у отриманні максимальної кількості функціонально пов'язаних елементів та їх сполук у закінченому конструктивному виконанні одним комплексом технологічних процесів. Отримана у своїй сукупність елементів і з'єднань з-поміж них і зветься інтегральної схеми.
Інтегральні схеми зробили, що називається, революцію в електроніці. В даний час все більша кількість електронних систем управління, контролю та передачіінформації будується із застосуванням інтегральних схем як основну елементну базу. Подальший розвиток мікроелектроніки призвело до створення великих інтегральних схем (ВІС) - пристроїв, зосереджених у дуже малому обсязі та виконують функції десятків і навіть сотень реле.
Розвиток релейної техніки, техніки дискретних пристроїв вимагає розробки відповідних теоретичних питань. Потрібно було теоретично обґрунтувати правила побудови АСКУ на дискретних пристроях, розробити методи дослідження дискретних пристроїв, спеціальний математичний апарат.
Хоча теорія дискретних пристроїв як наука почала розвиватися з кінця 30-х років, до останнього часу інженери при проектуванні схем дискретних пристроїв застосовували звані інтуїтивні методи, методи пробування на графіці і т.д. Побудова схем вважалося мистецтвом, яким володіли вибрані.
Теорія дискретних пристроїв вирішує такі основні завдання:
1. Завдання рівносильних перетворень дискретних пристроїв, тобто. завдання переходу від однієї схеми дискретного пристрою до іншого за збереження їх рівносильності, тобто. відповідності заданим умовам роботи.
2. Завдання аналізу, тобто. визначення умов роботи заданого дискретного пристрою До аналізу роботи дискретного устрою тісно примикає завдання логічного контролю, тобто. завдання визначення справності та відшукання елементів, що відмовили в несправному дискретному пристрої.
3. Завдання синтезу, яка полягає у побудові схеми дискретного пристрою за заданими умовами роботи та є основним завданням теорії дискретних пристроїв.
Булева алгебра (двозначна логіки алгебри) дозволяє описувати різні за своєю фізичною природою дискретні пристрої.
Із застосуваннямапарату булевої алгебри для опису схем теорія дискретних пристроїв почала швидко розвиватися, спочатку як структурна теорія релейно-контактних схем, а потім вже як загальна теорія дискретних пристроїв, що розглядає дискретні пристрої різних класів, побудовані на різних елементах дискретної дії.
Суворі докази застосування булевої алгебри до дослідження структур релейно-контактних схем дали в 1935-1938 роках радянський фізик В. І. Шестаков, американський інженер К. Шеннон, японський вчений А. Накашима. Саме В. І. Шестаков ще в 1935 показав, що контактна схема може моделювати функції алгебри логіки, причому істинність або помилковість висловлювань моделюється замкнутими і розімкненими контактами. Але на той час гострої потреби у розвитку теорії ще був.
Лише у 1946-1947 роках у СРСР та у 1950-1952 роках у США починається сучасний етап розвитку теорії дискретних пристроїв.
У період з 1945 по 1949 рік публікується ряд статей радянського вченого М. А. Гаврилова, присвячених окремим питанням теорії релейних пристроїв, в 1950 р. виходить його монографія «Теорія релейно-контактних схем», в якій закладено основи сучасної теорії релейно-контакт та її практичного застосування. Подальший розвиток теорія релейно-контактних схем набула у роботах радянських учених Г. М. Поварова, М. Л. Цетліна, Д. А. Поспєлова, П. П. Пархоменка, В. Г. Лазарєва, С. В. Яблонського, Ст. М. Рогінського та інших.
Розвиток електроніки, а також успіхи в технології виготовлення інтегральних мікросхем та поява мікроелектроніки стали поштовхом до розвитку теорії дискретної автоматики в плані розробки методів синтезу тепер уже електронних схем – комбінаційних автоматів та автоматів з пам'яттю. Особливо важливимДосягненням теорії автоматів у шістдесяті роки стало створення ефективної моделі дискретного автомата з пам'яттю у вигляді деякого кінцевого автомата, що призвело до розробки цілої серії методів синтезу автоматів з пам'яттю та створення фактично теорії автоматів з пам'яттю. Отже, поступово теорія релейно-контактних схем переросла теорію дискретних автоматів.
Істотний вплив в розвитку теорії дискретної автоматики справило створення ЕОМ. Великий внесок у розвиток теорії, особливо стосовно ЕОМ, зробив В. М. Глушков. З ім'ям Глушкова пов'язані багато теоретичних робіт у галузі методів автоматичного синтезу ЕОМ. Практика проектування ставила нові складні завдання, вирішення яких вимагало використання як методів теорії дискретної автоматики, а й таких суміжних наук, як теорія алгоритмів, теорія інформації та інших., і було з системним підходом до проектованих пристроям автоматики. Все це призвело до подальшого розвитку теорії дискретної автоматики та перетворення її на розділ технічної кібернетики.
Математичні основи теорії дискретних пристроїв (автоматів)
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: