Въведение. д-р техн. науки, професор С
K55
д-р техн. науки, професорС. Ф. Тюрин
(Пермски военен институт за ракетни сили)
канд. техн. науки, доц.Г. В. Кропачев
(Пермски държавен технически университет)
K55 Теория на автоматите. Дискретни устройства: Бележки за лекции / Perm. състояние техн.
un-t. - Перм, 2004 г. - Част 1. - 104 с.
Разглеждат се математическите основи на теорията на дискретните устройства, описание и анализ на функционирането на комбинирани дискретни устройства (автомати) и дискретни устройства (автомати) с памет.
Конспектът на лекциите е написан в съответствие с работната програма на дисциплината "Теория на автоматите" за специалност 2201 "Компютри, комплекси, системи и мрежи".
В най-общ смисъл дискретно (релейно) устройство е техническо устройство, предназначено да преобразува по зададена програма входната информация, получена под формата на дискретни сигнали, в изходна дискретна информация.
Дискретните устройства имат редица предимства пред непрекъснатите устройства: скорост, устойчивост на шум, гъвкавост. В допълнение към тях, дискретните устройства имат и предимството, че могат да извършват различни логически операции, което им позволява да бъдат широко използвани в съвременните автоматизирани системи за контрол и управление.
Съвременната технология е сложен набор от технически устройства, включително автоматизирани системи за контрол и управление, електронни компютри, системи за дистанционно управление и предаване на информация и др. Всички тези устройства могат да бъдат обединени от общо наименование - автоматизирани системи за контрол и управление (ACS).
Основната елементна база заизграждането на съвременни автоматизирани системи за управление, включително цифрови компютри, са дискретни устройства.
Нека накратко очертаем как протича развитието на самите дискретни устройства и науката за дискретните устройства.
Сред забележителните изобретения от първата половина на 19 век скромно място заема електромагнитното реле, което първоначално извършва усилване на електрически телеграфни сигнали и получава името си от френската дума „relais“, което означава „точка за претоварване“, „място за смяна на конете“.
Никой не можеше да си представи, че това скромно реле по-късно ще стане основател на голям клон на технологиите, в основата на дискретни системи за автоматизация, телемеханика, комуникации, в основата на развитието на компютърните технологии и изграждането на компютри.
Наред с електрическите релета се появяват механични, пневматични, хидравлични и др. Развитието на радиоелектрониката доведе до създаването първо на електронни и йонни лампи, а след това на полупроводникови, магнитни и други устройства с действие, подобно на това на релето, способни да предават, усилват и обработват дискретни сигнали, но без механични части и контакти. Тези устройства са получили общото наименование на безконтактни елементи (устройства) на релейно действие.
Развитието на микроелектрониката доведе до създаването на интегрални схеми. Конструирането на интегрални схеми се състои в получаване на максимален брой функционално свързани елементи и техните връзки в цялостен дизайн с един набор от технологични процеси. Получената съвкупност от елементи и връзки между тях се нарича интегрална схема.
Интегралните схеми направиха това, което се нарича революция в електрониката. В момента се увеличава броят на електронните системи за управление, наблюдение и предаванеинформацията се изгражда с помощта на интегрални схеми като основна елементна база. По-нататъшното развитие на микроелектрониката доведе до създаването на големи интегрални схеми (LSI) - устройства, концентрирани в много малък обем и изпълняващи функциите на десетки и дори стотици релета.
Развитието на релейната технология, технологията на дискретните устройства изисква разработването на съответните теоретични въпроси. Беше необходимо теоретично да се обосноват правилата за конструиране на ACS на дискретни устройства, да се разработят методи за изследване на дискретни устройства, специален математически апарат.
Въпреки че теорията за дискретните устройства като наука започва да се развива от края на 30-те години, до съвсем наскоро инженерите са използвали така наречените интуитивни методи, методи за вземане на проби върху графика и т.н., когато проектират схеми на дискретни устройства. Изграждането на схеми се смяташе за изкуство, което беше собственост на елита.
Теорията на дискретните устройства решава следните основни задачи:
1. Проблемът за еквивалентни трансформации на дискретни устройства, т.е. задачата за преход от една верига на дискретно устройство към друга при запазване на тяхната еквивалентност, т.е. спазване на определените условия на труд.
2. Задачата на анализа, т.е. определяне на условията на работа на дадено дискретно устройство. Задачата на логическото управление е тясно свързана с анализа на работата на дискретно устройство, т.е. задачата за определяне на работоспособността и намиране на повредени елементи в дефектно дискретно устройство.
3. Задачата на синтеза, която се състои в конструирането на схема на дискретно устройство според зададени условия на работа и е основната задача на теорията на дискретните устройства.
Булевата алгебра (двузначна алгебра на логиката) позволява да се опишат дискретни устройства, които са различни по своята физическа природа.
Използвайкина булевата алгебра за описване на вериги, теорията на дискретните устройства започва да се развива бързо, първо като структурна теория на релейно-контактни вериги, а след това като обща теория на дискретни устройства, разглеждайки дискретни устройства от различни класове, изградени върху различни елементи на дискретно действие.
Строги доказателства за приложимостта на булевата алгебра за изследване на структурите на релейно-контактни вериги са дадени през 1935-1938 г. от съветския физик В. И. Шестаков, американския инженер К. Шанън и японския учен А. Накашима. В. И. Шестаков беше този, който през 1935 г. показа, че контактната верига може да моделира функциите на алгебрата на логиката, а истинността или неистинността на твърденията се моделира от затворени и отворени контакти. Но по това време не е имало спешна нужда от разработване на теорията.
Едва през 1946-1947 г. в СССР и през 1950-1952 г. в САЩ започва съвременният етап на развитие на теорията на дискретните устройства.
В периода от 1945 до 1949 г. са публикувани редица статии на съветския учен М. А. Гаврилов, посветени на някои въпроси от теорията на релейните устройства, през 1950 г. е публикувана неговата монография "Теория на релейно-контактните вериги", която полага основите на съвременната теория на релейно-контактните вериги и нейното практическо приложение. Теорията на релейно-контактните вериги е доразвита в трудовете на съветските учени Г. Н. Поваров, М. Л. Цетлин, Д. А. Поспелов, П. П. Пархоменко, В. Г. Лазарев, С. В. Яблонски, В. Н. Рогински и др.
Развитието на електрониката, както и напредъкът в технологията за производство на интегрални схеми и появата на микроелектрониката бяха тласък за развитието на теорията на дискретната автоматизация по отношение на разработването на методи за синтез на сега електронни схеми - комбинирани автомати и автомати с памет. особено важноПостижението на теорията на автоматите през шейсетте години беше създаването на ефективен модел на дискретен автомат с памет под формата на някакъв краен автомат, което доведе до разработването на цяла поредица от методи за синтезиране на автомати с памет и създаването на действителната теория на автоматите с памет. Така постепенно теорията на релейно-контактните схеми прераства в теорията на дискретните автомати.
Създаването на компютри оказа значително влияние върху развитието на теорията за дискретната автоматизация. В. М. Глушков има голям принос в развитието на теорията, особено по отношение на компютрите. Името на Глушков е свързано с много теоретични разработки в областта на методите за автоматичен синтез на компютри. Практиката на проектиране постави нови сложни проблеми, чието решение изискваше използването не само на методите на теорията на дискретната автоматизация, но и на такива свързани науки като теорията на алгоритмите, теорията на информацията и др., И беше свързано със систематичен подход към проектираните устройства за автоматизация. Всичко това доведе до по-нататъшното развитие на теорията за дискретната автоматизация и превръщането й в клон на техническата кибернетика.
Математически основи на теорията на дискретните устройства (автомати)
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: