Методичка для курсового проектирования по ПТЦА (прикладная теория цифровых автоматов)

 2Антик М.И. 11_03_91 МИРЭА

 _АЛГОРИТМЫ ПРОЦЕДУРНОГО ТИПА. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА

Алгоритмы этого типа являются следующим этапом обобщения

описаний вычислительных процессов. Теперь, по сравнению с ал-

горитмами автоматного типа, на каждом шаге, помимо модифика-

ции памяти, идентифицирующей шаг алгоритма, разрешается изме-

нять любую другую память устройства локально (по частям) или

глобально (всю сразу).

Устройство-исполнитель алгоритма этого типа будем назы-

вать операционным устройством (ОУ).

ОУ можно рассматривать как один синхронный автомат со

сложно структурированной памятью - состоянием: часть памяти

используется для идентификации шага алгоритма, остальная па-

мять используется для запоминания промежуточных данных, вы-

числяемых в процессе последовательного, по шагам, выполнения

алгоритма. Такая модель вычислителя особенно удобна для рас-

чета продолжительности одного такта работы устройства.

 Другой удобной моделью вычислителя является совокуп-

ность взаимодействующих синхронных автоматов, один из которых

называется управляющим автоматом (УА), а объединение всех ос-

тальных автоматов называется операционным автоматом (ОА).

УА является исполнителем алгоритма автоматного типа, ко-

торый входит составной частью в любой алгоритм процедурного

типа. Кроме того, УА инициирует действия отдельных шагов ал-

горитма и участвует в их выполнении.

ОА выполняет все вычисления на отдельных шагах алгоритма

под управлением УА; кроме того, к ОА удобно отнести все вы-

числения предикатных функций, оставив УА только анализ вычис-

ленных предикатных значений.

Прежде чем переходить к точным терминам, рассмотрим сле-

дующиe примеры алгоритмов процедурного типа.

Например, каноническое описание синхронного конечного

автомата может быть интерпретировано (истолковано) как одно-

шаговый алгоритм процедурного типа.

█

┌──────┐ │

│ ┌──V──V─────┐

│ │ B=FO(S,A) │

│ │ │

│ │ S:=FS(S,A)│

│ └─────┬─────┘

└─────────┘

Исполнитель этого алгоритма состоит только из ОА. На

каждом шаге этого алгоритма изменяется вся память устройства,

поэтому управление памятью не требуется, идентифицировать ша-

ги этого алгоритма не надо.

Например, инкрементор с одноразрядным входом и однораз-

рядным выходом может быть реализацией следующих преобразова-

ний:

█

█ p:=1 █

█

┌────────┐ │

│ ┌─────V─V───────┐

│ │ (p:, b) = a+p │

│ └───────┬───────┘

└──────────┘

- 2 -

ОА, реализующий инкрементор в целом, будет следующим:

┌──┬─┐

a ──────────────────┤HS│S├────_b

┌─┬─┐p │ │ │

начальное значен.─┤S│T├──┤ │P├──┐

├─┤ │ └──┴─┘ │

SYN ─────────/C│ │ │

┌┤D│ │ │

│└─┴─┘ │

└───────────────┘

Конечно, эта реализация совпадает с реализацией алгоритма ав-

томатного типа, если состояние р1 кодируется 1, а состояние

р0 - 0.

Этот пример показывает,что до начала вычислений может

потребоваться начальная установка памяти. На самом деле это

необходимо было уже в алгоритмах автоматного типа, так как

код начального состояния требует предварительной установ-

ки. Ограничимся здесь обозначением этой проблемы, а решение

ее, связанное прежде всего с корректной синхронизацией ус-

тройства в первом такте его работы, рассмотрим ниже.

При рассмотрении процедуры построения автомата Мура эк-

вивалентного автомату Мили , не обсуждалась простая возмож-

ность ее реализации и на структурном уровне. Например, только

что рассмотренный автомат Мили может быть преобразован в эк-

вивалентный автомат Мура по одному из следующих вариантов:

┌┬─┬┐t┌──┬─┐ ┌──┬─┐ ┌┬─┬┐

a ──_┤│T│├_┤HS│S├─_b a ─────_┤HS│S├─_┤│T│├─_b

─/┴┴─┴┘ │ │ │ │ │ │─/┴┴─┴┘

C │ │ │ C │ │ │ C

─/┬┬─┬┐p│ │ │ ─/┬┬─┬┐p│ │ │

┌_┤│T│├_┤ │P├┐ ┌_┤│T│├_┤ │P├┐

│ └┴─┴┘ └──┴─┘│ │ └┴─┴┘ └──┴─┘│

└─────────────┘ └─────────────┘

 При таких структурных преобразованиях проще истолковы-

вать алгоритмы как процедурные.

█ █

█ p:=1; t:=0 █ █ p:=1 █

█ █

┌────────┐ │ ┌────────┐ │

│ ┌─────V─V───────┐ │ ┌─────V─V───────┐

│ │t:=a;(p:,b)=t+p│ │ │ (p , b):= a+p │

│ └───────┬───────┘ │ └───────┬───────┘

└──────────┘  └──────────┘

БЛОК-ТЕКСТ. Способ описания автоматного алгоритма после

некоторых дополнений может быть использован и для описания

алгоритмов в процедурной форме:

Блок-текст состоит из трех частей:

 1)- Описание переменных и начальных значений памяти.

 2)- Описания функций и связей. Записываются любые функции и

функциональные связи (в том числе предикатные), не использу-

ющие запоминания. Переменные из левой части операции присва-

ивания таких функциональных описаний используются в блоках

процедуры.

 3)- Процедура, состоящая из блоков (микроблоков) операторных

и блоков переходов:

- операторные - в скобках вида {.....},

- перехода - в скобках вида <<...>>;

и те, и другие блоки могут снабжаться метками, стоящими перед

блоком. В блоках перехода используется оператор GO в одной

из двух форм:

GO m - безусловный переход,

GO (P; m0,m1,m2,...) - условный переход.

здесь m0,m1,... - метки блоков,

P - предикатное значение,интерпретируемое оператором GO

- 3 -

как неотрицательное целое число, являющееся порядковым номе-

ром метки в списке меток оператора GO. С этой метки должно

быть продолжено выполнение алгоритма. Блоки условных перехо-

дов эквивалентны предикатным вершинам блок-схемы алгоритма.

На следующем более сложном примере демонстрируется пос-

ледовательность синтеза операционного устройства.

Пример. Вычислитель наибольшего общего делителя (НОД)

двух натуральных чисел (8-разрядных).

1) Разработаем интерфейс вычислителя: