Теория автоматов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ульяновский государственный технический университет
Утверждаю
Декан ФИСТ
______________В.В.Шишкин
“___” ________ 2007.
Рабочая
программа
Дисциплины «Теория автоматов»
Для студентов
специальности 23010065 «Вычислительные машины,
системы, комплексы и сети»
Факультет - Информационные системы и технологии
Кафедра Вычислительная техника
Курс - 2
Семестр -3
Лекций - 51 час
Лабораторных работ Практических занятий - 34
Самостоятельных работ - 45
Курсовой проект Экзамен - 3 семестр
ВСЕГО- 130
85 - аудиторных
45 - самостоятельных
Ульяновск, 2007
Рабочая программа составлена на основании решения кафедры
«Вычислительная техника» УлГТУ для специальности 23010065
«Вычислительные машины, системы, комплексы и сети».
Составил: доцент В.С.Иванов
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «ВТ»
________________2005г.
Заведующий кафедрой
«Вычислительная техника»
Одобрена методической комиссией ФИСТ
П.И.Соснин
Цели и задачи дисциплины “Теория автоматов”
Целью данной дисциплины является ознакомление студентов
технических специальностей с арифметическими и логическими основами
проектирования устройств цифровой техники, формирование у студентов знаний
и навыков использования математического аппарата теории конечных автоматов,
а также прикладных методов анализа и синтеза абстрактных и структурных
автоматов.
Основные требования
В результате изучения курса студент должен знать:
o
Основные системы счисления, применяемые в ЭВМ и компьютерах,
способы перевода из одной системы в другую, кодирование положительных и
отрицательных чисел, а также способы представления чисел в ЭВМ и
компьютерах,
o
Представление и типы абстрактных автоматов,
o
Синтез структурных автоматов на различных цифровых элементах,
o
Описание функционирования цифровых устройств.
В результате изучения дисциплины студент должен уметь:
o
Переводить числа из одной системы счисления в другую,
o
Составлять таблицы переходов для автоматов Мили, Мура и других
типов, представлять графы автоматов,
o
Осуществлять преобразование автоматов и минимизацию
абстрактных автоматов,
o
Выполнять канонический синтез структурных автоматов на
различных цифровых элементах,
o
Оценивать сложность комбинационной схемы автомата,
o
Разрабатывать алгоритм функционирования цифрового устройства.
Дисциплина “Теория автоматов” является одной из принципиальных в
процессе подготовки специалистов специальности 23010065 «Вычислительные
машины, системы, комплексы и сети».
Темы лекционных занятий
Лекция 1. Определение абстрактного автомата, способы задания
автоматов: табличный, графический, матричный. Определение синхронного и
асинхронного автоматов.
2 часа.
Лекция
Мили и Мура. .
2. Автоматы Мили и Мура. Связь между моделями автоматов
2 часа.
Лекция 3. Минимизация полностью определенных автоматов. Алгоритм
минимизации. Пример минимизации автоматов Мили и Мура.
2 часа.
Лекция 4. Совмещенная модель автомата (С-автомат).
2 часа.
Лекция 5. Структурный автомат. Композиция элементарных автоматов.
Структурный алфавит автомата и автоматное время. Соотношение абстрактного и
структурного алфавитов.
2 часа.
Лекция 6. Основы канонического синтеза структурного автомата. Память
и комбинационный блок. Теорема о структурной полноте, ограничения в работе
схем.
2 часа.
Лекция 7. Представление структурного автомата. Работа структурных
автоматов. Синтез комбинационной схемы.
2 часа.
Лекция 8.
автомата памяти.
Абстрактный автомат памяти. Пример функционирования
2 часа.
Лекция 9. Пример канонического метода структурного синтеза автомата.
Функции возбуждения и выходов. Построение логической схемы структурного
автомата.
2 часа.
Лекция 10. Синтез автоматов на элементах задержки, триггерах со
счетным входом и триггерах с раздельными входами.
4 часа.
Лекция 11. Табличный метод структурного синтеза автомата. Пример
синтеза автомата на элементах задержки.
4 часа.
Лекция 12. Графический метод структурного синтеза автомата. Пример
синтеза автомата на триггерах со счетным входом.
4 часа.
Лекция 13. Структурный синтез автомата на триггерах с раздельными
входами.
4 часа.
Лекция 14. Кодирование состояний автомата. Гонки в автомате.
Противогоночное кодирование состояний. Алгоритм развязывания состояний.
Пример противогоночного кодирования.
4 часа.
Лекция 15. Кодирование состояний и сложность комбинационной схемы.
Оценка сложности схемы. Пример кодирования состояний автомата.
2 часа.
Лекция 16. Алгоритмы функционирования цифровых автоматов.
Микропрограммы работы дискретных устройств. Граф-Схемы алгоритмов.
Содержательные ГСА.
2 часа.
Лекция 17. Логические схемы алгоритмов функционирования цифровых
устройств. Матричные схемы алгоритмов.
2 часа.
Лекция 18. Алгоритмы выполнения арифметических операций на
цифровых устройствах.
2 часа.
Лекция 19. Преобразование содержательной граф-схемы алгоритма
выполнения арифметической операции в логическую схему алгоритма и
матричную схему алгоритма.
4 часа.
Темы семинарских занятий
Занятие 1. Перевод целых, дробных и совместных чисел из одной
системы счисления в другую.
2 часа.
.
Занятие 2. Автоматное (машинное, компьютерное) представление чисел.
2 часа.
Занятие 3. Кодирование положительных и отрицательных чисел. Виды
кодов, сложение чисел на двоичных сумматорах.
2 часа.
Занятие 4. Построение графов автоматов по таблицам переходов и
выходов автоматов Мили и Мура.
2 часа.
Занятие 5. Преобразование автомата Мили в автомат Мура и обратно.
Минимизация автоматов.
4 часа.
Занятие 6. Синтез структурного автомата на элементах задержки
табличным методом и графическим методом.
4 часа.
Занятие 7. Синтез структурного автомата на триггерах со счетным
входом табличным методом и графическим методом.
4 часа.
Занятие 8. Синтез структурного автомата на триггерах с раздельными
входами табличным методом и графическим методом.
4 часа.
Занятие 9. Построение содержательной граф-схемы
выполнения операции деления на цифровом устройстве.
алгоритма
4 часа.
Занятие 10. Преобразование граф-схемы алгоритма операции деления в
логическую схему и матричную схему алгоритма.
4 часа.
Литература
1.
Баранов С.И. Синтез микропрограммных автоматов. «Энергия»,
Ленинградское отделение, 1974
2.
Баранов С.И., Скляров В. А. Цифровые устройства на
программируемых БИС с матричной структурой. М. Радио и связь, 1986
3.
Иванов В.С. Теория автоматов. Программно-информационный
продукт. Свидетельство N874 ОФАП при УОЦ НИТ УлГТУ, 2005.