1 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице 2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje 1 10.05.17 1 Slajdovi su generalno bazirani na referenci [2] 2.1. Konačni automati Konačni automat se u teoriji tretira kao uređaj za azbučna preslikavanja gde svakom slovu, dovedenom na njegov ulaz, odgovara određeno slovo na izlazu, ili kako se još kaže svako ulazno slovo se preslikava u izlazno. Sekvencijalno dovedena slova čine reči. Slova i reči na ULAZU, odslikavaju stanje sistema (informacije o programu nekog procesa) a slova i reči na IZLAZU program za upravljanje tim sistemom. Konačni automat vrši funkciju upravljačkog organa. Konačni automat: grafički prikaz Slika 2.1. Konačni automat
34
Embed
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje · u vektor izlaza: Y, dužine m. Na svakom ulaznom kanalu prisutni su ulazni diskretni signali, koji se mogu naći u konačnom
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje1
10.05.17
1 Sl
ajdo
vi s
u ge
nera
lno
bazir
ani n
a re
fere
nci [
2]
2.1. Konačni automati
Konačni automat se u teoriji tretira kao uređaj za azbučna preslikavanja gde svakom slovu, dovedenom na njegov ulaz, odgovara određeno slovo na izlazu, ili kako se još kaže svako ulazno slovo se preslikava u izlazno. Sekvencijalno dovedena slova čine reči.
Slova i reči na ULAZU, odslikavaju stanje sistema (informacije o programu nekog procesa) a slova i reči na IZLAZU program za upravljanje tim sistemom. Konačni automat vrši funkciju upravljačkog organa.
Konačni automat: grafički prikaz
Slika 2.1. Konačni automat
2 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Blok A, je funkcionalni deo konačnog automata koji vektor ulaza: X dužine n , preslikava u vektor izlaza: Y , dužine m .
Na svakom ulaznom kanalu prisutni su ulazni diskretni signali, koji se mogu naći u konačnom broju stanja (vrednosti) / binarni digitalni signali {0,1}→ digitalni konačni
automati.
Broj kanala na ulazu definiše dužinu ulaznih slova ( n ), a ova slova čine ULAZNU azbuku. Broj slova ULAZNE azbuke je konačan.
Broj kanala na izlazu definiše dužinu izlaznih slova ( m ), a ova slova čine IZLAZNU azbuku. Broj slova IZLAZNE azbuke je takođe, konačan.
Automat preslikava slova ULAZNE azbuke u slova IZLAZNE azbuke.
Drugim rečima: Automat sa konačnim brojem ulaznih i izlaznih kanala, sa signalima koji uzimaju vrednost iz slupa {0,1} , imaće i konačan broj ulaznih i izlaznih
kombinacija (slova) pa se zbog toga i naziva konačnim.
Konačni automati spadaju u klasu determinističkih sistema (pojavljivanje ulaznih signala i njihovih vrednosti su strogo utrvđene).
3 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Razlikuju se dve osnovne klase konačnih automata: KOMBINACIONI AUTOMATI i SEKVENCIJALNI AUTOMATI (Slika 2.2.).
Slika 2.2. Konačni automat
Kombinacioni automat ili automat bez memorije, je automat kod koga postoji jednoznačno preslikavanje ULAZNIH u IZLAZNA slova, odnosno jednom ulaznom slovu, nezavisno od trenutka kada se ono pojavljuje, uvek odgovara isto određeno izlazno slovo.
Sekvencijalni automat ili automat sa memorijom, je automat kod koga ne postoji jednoznačno preslikavanje ULAZNIH u IZLAZNA slova, odnosno jednom ulaznom slovu, u zavisnosti od trenutka kada se ono pojavljuje, mogu odgovarati različita izlazna slova. Izlazno slovo ovoh automata ne zavisi samo od slova prisutnog tog trenutka na ulazu, već i od prethodno saopštenih ulaznih slova.
4 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
2.2. Informatika.
Kada govorimo o nekom objektu, procesu ili sistemu, koji je predmet upravljanja, potrebne su nam informacije o tom objektu.
Informacija je negativna entropija. Entropija je mera neuređenosti sistema. Što je veća količina informacija o nekom sistemu → to je manja entropija posmatranog sistema.
Svrha upravljanja (a time i RU) je smanjenje entropije upravljanog objekta.
Informacije o objektu iskazane su u obliku podataka. Informacije su podaci kojima je dat smisao.
Stanje objekta, koji je predmet upravljanja, opisano je vrednostima (nivoima) određenog broja fizičkih parametara (varijabli, indikatora...), kojima se približno ali i na dovoljno dobar način opisuje dati objekat.
Kvantitativne vrednosti parametara (podaci) koji opisuju objekat, utvrđuju se merenjem. Materijalni nosilac podataka su signali čija fizička priroda može biti različita (napon struje, jačina struje, pristisak fluida, intezitet svetlosti ...).
5 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Podaci mogu biti diskretni i kontininulani.
Konačni automati rade sa diskretnim signalima. Diskretizacija analognih signala realizuje se nekim od postupaka A/D konverzije.
Kod diskretnih podataka stanja signala se mogu označiti simbolima. Skup različitih simbola čini azbuku, a svaki simbol je slovo te azbuke.
Ako je broj simbola azbuke 1 2 3{ , , , ..., }mA a a a a= jednak m , onda je broj reči ( N )
određen varijacijama sa ponavljanem:
nN m=
gde je n dužina reči (dužina reči jednaka broju ulaznih kanala).
Svaka od reči (slogova) može opisati jedno moguće stanje nekog sistema.
6 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
U principu, azbuka može sadržati bilo koji broj slova (simbola), ali je najprostija binarna (dvoznačna) azbuka sa simbolima {0,1} , koji reprezentuju odsustvo/prisustvo signala.
Dakle, stanje sistema u određenom trenutku može se iskazati pomoću reči azbuke od dva slova.
Simbol binarne azbuke naziva se bit (binary digit=binarna cifra).
Bit predstavlja najmanju količinu informacije (najmanja jedinica informacije).
Digitalni sistemi, koji implementiraju RU, sastavljeni su od elemenata koji operišu sa binarnim signalima. Za obradu i kodiranje binarnih signala veoma važnu ulogu imaju brojčani sistemi a posebno binarni brojčani sistem.
7 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
2.3. Brojčani sistemi
Brojčani sistemi se dele na dve grupe:
• Aditivni - sistemi koji su se javili pre pozicionih, kod kojih cifre/simboli imaju istu vrednost bez obzira na mesto, u nizu kojim je broj zapisan, na kome se nalaze. Primer ovakvog sistema je rimski brojčani sistem sa ciframa datim u Tabeli 2.1.
Tabela 2.1. Rimski brojčani sistem – simboli i decimalne vrednosti
Simboli cifara Decimalna vrednost I 1 V 5 X 10 L 50 C 100 D 500 M 1000
• Pozicioni (mesni) – Kod ovih brojčanih sistema svaka cifra/simbol, osim numeričke vrednosti, ima i svoju težinu koja zavisi od pozicije u nizu cifara, zbog čega se ovakvi sistemi još nazivaju i težinskim.
8 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Pozicioni brojčani sistemi
Apsolutna vrednost ( )BN izražava se u obliku:
1 0 11 0 1( ) ... ... ...
nn n m i
n n m ii m
N B a B a B a B a B a B a B− − −− − −
=−
= ⋅ + ⋅ + + ⋅ + + ⋅ + + ⋅ = ⋅∑
gde su: • ia - koeficijenti koji predstavljaju cifre brojčanog sistema {0,1,..., 1}ia B∈ − • B – osnova brojčanog sistema • i – eksponenet, ceo broj { , 1,..., }i m m n∈ − − +
• iia B⋅ - proizvod koji obrazuje jedan razred čiji rang, odnosno težina zavisi od
eksponenta i , odnosno od pozicije cifre u broju
Prema konvenciji u prikazu broja daju se samo cifre, dok se težine pamte:
( ) 1 0 1 2... , ....B n n mN a a a a a a− − − −=
9 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Tabela 2.2. Primeri brojčanih sistema
Osnova B Vrednost koeficijenata Naziv brojčanog sistema 2 01 Binarni 3 012 Ternarni 8 01234567 Oktalni 10 0123456789 Dekadni 12 0123456789AB Duodekadni 16 0123456789ABCDEF Heksadekadni
Primer: brojevi u dekadnom i binarnom brojčanom sistemu:
12 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Kapacitet brojčanih sistema: Sa n cifara brojčanog sistema sa osnovom B , moguće je
kreirati nB kombinacija, a sa p cifara decimalnog brojčanog
sistema 10 p kombinacija. Za poređenje kapaciteta brojčanih sistema neka je broj kombinacija isti:
10log log10
log log10log
n p
n p
BB
n B pn B p
=
=⋅ = ⋅⋅ =
Za binarini brojčani sistem 2B = , te sledi
10log 20.30103
n pn p⋅ =⋅ =
Primer: za 10n = → 3p =
Za broj iskazan sa 10 cifara u binarnom brojčanom sistemu dovoljno je 3 cifre u dekadnom brojčanom sistemu.
VEĆI KAPACITET dekadnog brojčanog sistema ...!!!
JOŠ VEĆI KAPACITET HEKSADEKADNOG BROJČANOG SISTEMA ...!!!
Ipak, pitanje tehničke realizacije !!!!!
13 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
B. 1 2B B> pri čemu je 2 1B >
Postupak prevođenja celih brojeva: Sukcesivno deljenje zadatog broja osnove B1, sa osnovom B2, željenog brojčanog sistema, sve dok celobrojna vrednost ne bude jednaka nula.
Ostaci ib , čitano odozdo naviše (ili sa desna na levo), tj. obrnutim redom od postupka
deljenja, ispisni u nizu daju broj u željenom brojčanom sistemu sa osnovom B2.
i 0 1 2 .... p Qi Q0=N(B1) Q1=Q0/B2 Q2=Q1/B2 Qp=Qp-1/B2 bi b0 b1 b2 ... bp
Primer:
Slika 2.4. Pretvaranje celih brojeva iz dekadnog u binarni brojčani sistem
14 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Postupak prevođenja razlomljenih brojeva:
i 0 1 2 .... p Q-i Q0=N(B1) Q-1=Q0*B2 Q-2=Q-
1*B2 Q-p=Q-(p-1)*B2
b-1 0 b-1 b-2 ... b-p
Slika 2.5. Pretvaranje celih brojeva iz dekadnog u binarni brojčani sistem
15 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Primer prevođenja u kome se dekadni razlomljeni broj ne može prikazati sa konačnim brojem cifara u binarnom brojčanom sistemu.
Slika 2.6. Pretvaranje celih brojeva iz dekadnog u binarni brojčani sistem
Postupak prevođenja mešovitih brojeva: Vrši se posebno za celobrojni a posebno za razlomljeni deo, nakon čega se sabiraju rezultati.
Primer: 186.625(10)=10111010.101(2)
16 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Napomena 1:
Za vežbu i utvrđivanje gradiva o pretvaranju brojeva u/iz različitih brojčanih sistema (heksadekadni, duodekadni, dekadni, oktalni, ternarni, binarni) sa sajta skole:
www.vpts.edu.rs///milovan.milivojevic...
preuzeti fajl Brojcani sistemi.xlsx.
Unose se celobrojni ili mešoviti brojevi u ćelije C6 ili C36. Analizirati rezultate i prikazani postupak prevođenja.
Napomena 2: Fajl je zaštićen
Izgled fajla dat je na Slici. 2.7.
17 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Slika 2.7. Pretvaranje brojeva između različitih brojčanih sistema
18 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
2.4. Kodiranje
Pod kodiranjem se podrazumeva predstavljanje diskretnih informacija pomoću slova (simbola) neke azbuke kA .
Primer kodiranja: Pisani tekst kao sredstvo komunikacije među ljudima baziran je na azbuci koja predstavlja uniju tri azbuke: o jezičke azbuke za glasovne (fonetske) informacije - alfabet o numeričke azbuke za brojeve i o azbuke simbola za interpunkciju.
Za kodiranje informacija (podataka) čija je priroda numerička koristi se azbuka čija su
slova cifre.
Svaki vid informacija može se pogodnom transformacijom svesti na numerički.
19 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
• Za memorisanje, unos i obradu informacija/podataka { }, 1,2,3,...,iE e i r= = ,
koristi se azbuka { }, 1,2,3,...,k iA a i k= = koja se sastoji od k slova/simbola.
• Za kodiranje manje količine informacija koriste se pojedinačna slova.
• Za kodiranje veće količine informacija neophodno je kreiranje reči (slogovi)dužine n .
• Ako se svakoj informacija iz skupa informacija kE , pridruži po jedna reč u azbuci
kA , tada se takav skup naziva kod informacija u azbuci kA , a sam proces
pridruživanja reči je kodiranje.
20 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
• Ako je svaka reč (slog), iste dužine, kod je ravnomeran, a ako su iskorišćene sve moguće reči iste dužine kod je potpun.
• Ravnomerni potpuni kod čiji slog ima dužinu n a kodna azbuka ima m slova ima nm različitih slogova.
• U praksi se, kao što je ranije objašnjeno, najčešće koristi binarana azbuka {0,1} ,
jer je tehnički najlakše ostvariti dva stabilna fizička stanja / pri čemu ova azbuka nije optimalna (najekonomičnije bi bilo raditi sa ternarnim brojim sistemom!!!).
• Kodiranje numeričkih podataka ne vrši se direktno, tako da se svakom broju, proizvoljno pridruži reč iz kodne azbuke kA , već se u tu svrhu koriste pravila na
kojima se zasnivaju brojčani sistemi.
21 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Od posebnog je značaja kodiranje dekadnih brojeva u binarnoj kodnoj azbuci / klasa binarno-decimalnih kodova.
Prirodni binarni kod
Kod prirodnog koda se svaka cifra koda ponavlja onoliko puta, kolika je težina odgovarajućeg ranga (pozicije) (Tabela 2.2, kolona b).
Tabela 2.2. Prirodni binarni kod i Gray kod Decimlani ekvivalent
• Vidi se da se binarni susedni brojevi razlikuju u dekadnom brojčanom sistemu uvek za težinu 2i, dakle za 1,2,4,8,16.
Kontinualni i ciklični kod
Kontinualni kod je onaj kod kod koga su dve uzastopne kombinacije susedne.
Ako je osim toga poslednja kombinacija susedna prvoj, kod se naziva cikličnim.
24 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Ciklični Grejov kod (Gray)
• Prikazan je u Tabeli 2.2 (kolona c).
• Simetričnost u odnosu na pojedine horizontalne ose/ Analiza
• Decimalni ekvivalenti su susedni (posmatrano binarno). Ova osobina je od posebne važnosti za tehničku realizaciju , jer promena SAMO JEDNE binarne cifre dovodi do promene signala / veoma pogodno za digitalna merenja – merne skale.
• Prirodni kod po ovom pitanju nije pogodan:
Primer: 7→8 ... potrebno promeniti jednovremeno 4 stanja / binarne cifre (0111 →1000), što dovodi do mogućih kritičnih stanja. Kod Grejovog koda prelazak 7→8 ... podrazumeva promenu samo jednog bit-a (0100→1100).
25 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
• Ekvivalentna decimalna vrednost broja izražena kodom Greja dobija se kada se ciframa sa desne strane broja prikazanog u Grejovom kodu, dodele redom težine 1,3,7,15, ..., 2n-1-1.
Primer: broj u Grejevom kodu 1011, binarno je 1*(24-1)+0*(23-1)+1*(22-1)+1*20=15+0-3+1=13!!!
• Pretvaranje brojeva iz prirodnog binarnog koda u Grejev kod.
Primer:
Prirodni binarni kod 10011101000 Grejev kod 11010011100
U zavisnosti da li se ispred cifre nalazi 0 ili 1, zapisuje se ista cifra ili njen komplement.
• Ako je u prirodnom binarnom kodu ispred tekuće cifre 0 (nula), tekuća cifra se, u Grejevom kodu, prepisuje... a ako je ispred tekuće cifre 1 (jedan), tekuća cifra se menja komplementom.
26 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Binarno-decimalni kod
• Decimalni broj se kodira cifra po cifra.
• Svaka cifra {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} , se kodira u binarni brojčani sistem. Koliko je
potrebno bit-a?
• Broj kombinacija/slogova je 10.
10 10
10
210
2 10log 2 log 10log 2 1
1 log 10 3.3219log 2
n
nn
n
==
⋅ =
= = =
• Pošto n mora biti ceo broj, za kodiranje se usvaja 4n = , odnosno TETRADA bit-a.
• Usvaja se, dakle 42 16= kombinacija (tetrada), a potrebno je 10. Potrebno je odabrati 10 tetrada kojima će se izvršiti kodiranje.
27 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
• Broj mogućnosti da se od 16 kombinacija odabere 10, predstavlja broj varijacija bez ponavljanja
16 1010
16! 2.9 10(16 10)!
V = = ⋅−
,
dakle broj varijanti je oko 29 milijardi.
• U ovom skupu postoje različite klase kombinacija sa posebnim osobinama. Izdvajaju se one sa osobinama:
o Težinska osobina (svaka pozicija u binarnom kodu, tj. tetradi da ima svoju težinu)
o Osobina komplementarnosti (ako je za decimalne cifre 9α β+ = , onda ako je
α kodirano sa 1 2 3 4a a a a onda β mora biti kodiran sa 1 2 3 4a a a a , pri čemu je
1 00 1
ii
i
ako je aa
ako je a=
= =.
o Osobina susednosti (ako se dekadne cifre razlikuju za 1, da se onda i binarni ekvivalenti razlikuju u samo jednom bit-u / poziciji)
28 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Kod 8421 (BCD) – Binary Coded Decimal
Jedan od najprostijih. Kodiranje tetrade vrši se u prirodnom binarnom kodu. Uzima se prvih 10 od 16 tetrada (Tabela 2.4).
Tabela 2.4. Kod 8421 Decimlani ekvivalent Kod 8421
29 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Kodiranje decimalnih višerazrednih brojeva vrši se kodiranjem cifre po cifre, a ne globalno kao kod prirodnog koda.
Primer: 4835(10) → 0100 1000 0011 0101
• Ovaj kod se koristi kod brojača. Za sabiranje nije pogodan. Zašto? Kod sabiranja do 10, rezultat je ispravan, ali ako je rezultat veći ili jednak 10, onda se dobijaju pseudotetrade i mora se vršiti korekcija dodatnim sabiranjem sa ekvivalentom 6.
• Pravila za sabiranje / Bulova algebra: 0+0=0 0+1=1 1+0=0 1+1=0 sa prenosom u sledeći razred
Primer 1 (8421) Primer 2 (8421) decimalno binarno decimalno binarno + 1
2 0 1 1 0
5 7
0101 0111
3 1 1 12 1100 0110
pseudotetrada korekcija (+6)
00010010 (1) (2)
• Dodatni nedostatak koda 8421 je postojanje tetrade 0000, koja može dovesto do zabune ako u sistemu dođe do nestanka fizičkog sredstva za kodiranje (napon, fluid, pritisak...), jer će ovakva situacija biti tumačena kao kod 0000.
30 Др Милован Миливојевић дипл. инж. /// ВПТШ •♣• Ужице
2. KONAČNI AUTOMATI. Brojčani sistemi. Kodiranje
10.05.17
Kod 2421 (Aiken)
Kodiranje se vrši cifra po cifra. Za kodiranje su odabrane simetrične tetrade iz prirodnog binarnog koda (Tabela 2.5).