| Title: | Аппаратная реализация булевых функций на основе автоматной модели |
| Other Titles: | Hardware implementation of Boolean functions based on the automaton model |
| Authors: | Бутов, А. А. |
| Keywords: | публикации ученых;булевы функции;диаграммы решений;бинарные диаграммы;запоминающие устройства |
| Issue Date: | 2023 |
| Publisher: | Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси |
| Citation: | Бутов, А. А. Аппаратная реализация булевых функций на основе автоматной модели = Hardware implementation of Boolean functions based on the automaton model / А. А. Бутов // Информатика. – 2023. – Т. 20, № 1. – С. 91–101. |
| Abstract: | Цели. В настоящее время электронные устройства управления все шире внедряются в различные изделия бытового и производственного назначения. В качестве таких устройств широко применяются микроконтроллеры самой разной конфигурации. Можно предложить другой подход, где устройство управления со стандартной структурой синтезируется из типовых интегральных схем и реализует булеву
функцию, описывающую требуемые управляющие воздействия. Целью работы является исследование
возможности реализации булевых функций с помощью устройств со стандартной структурой, проектирование которых основано на использовании модели дискретного автомата. Методы. Исходная булева функция, подлежащая реализации, задается в виде дизъюнктивной нормальной формы. Для нее строится бинарная диаграмма решений (англ. Binary Decision Diagram, BDD), оптимизированная по числу вершин, на основе которой формируется граф переходов синхронного автомата Мура с абстрактным состоянием. Далее после выполнения этапа кодирования состояний автомата на основе его таблицы переходов формируется входная информация для прошивки (программирования) матричной памяти постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Результаты. Устройство, реализующее булеву функцию на основе автоматной модели, синтезируется из типовых микросхем. Основным компонентом служит ПЗУ, которое в соответствии со стандартной структурой устройства дополняется сдвиговым регистром, регистром состояний, триггером и тремя селекторами начального и двух финальных состояний. Заключение. Процесс проектирования устройства со стандартной структурой, реализующего булеву функцию, в итоге сводится к программированию матричной памяти ПЗУ на основе автоматной таблицы переходов. Использование многократно программируемого ПЗУ позволяет изменять функциональность устройства при сохранении прежней схемной реализации. Недостатком такого устройства, так же как и устройств, реализованных на основе микроконтроллеров, является низкое быстродействие, достоинством – возможность использования в различных изделиях и приборах, прежде всего бытового назначения, которые не требуют высокоскоростной реакции на изменение входного сигнала. |
| Alternative abstract: | Objectives. Currently, electronic control devices are increasingly being introduced into various household and
production products. Microcontrollers of a wide variety of configurations are widely used as such devices. Another approach can be proposed where a control device with a standard structure is synthesized from typical integrated circuits and implements a Boolean function describing the required control actions. The purpose of the work is to investigate the possibility of implementing Boolean functions using devices with a standard structure, the design of which is based on the use of a discrete automaton model. Methods. The original Boolean function to be implemented is given as a disjunctive normal form. A binary decision diagram (BDD) is built for such function, optimized by the number of vertices, on the basis of which a graph of transitions of a synchronous Moore automaton with an abstract state is formed. Further, after performing the state encoding step of the machine, input information for flashing (programming) of the matrix memory of the read-only memory (ROM) is generated based on its transition table. Results. A device that implements a Boolean function based on an automaton model is synthesized from typical microcircuits. The main component is ROM, which, according to the standard structure of the device, is supplemented by a shift register, a state register, a trigger and three selectors of the initial and two final states. Conclusion. The process of designing a device with standard structure that implements the Boolean function, as a result, comes down to programming the ROM matrix memory based on an automaton transition table. The use of a reprogrammable ROM allows to change the functionality of the device while maintaining the previous circuit implementation. The disadvantage of such a device, as well as devices implemented on the basis of microcontrollers, is the low speed, the advantage is the possibility of use it in various products and devices, primarily for household purposes, which do not require a high-speed response to the change of input signal. |
| URI: | https://libeldoc.bsuir.by/handle/123456789/54324 |
| DOI: | https://doi.org/10.37661/1816-0301-2023-20-1-91-101 |
| Appears in Collections: | Публикации в изданиях Республики Беларусь
|
