ريتشاردز كونترولر

يُعدّ مُتحكّم ريتشاردز طريقةً لتنفيذ آلة ذات حالات محدودة باستخدام دوائر متكاملة بسيطة ومنطق توافقي . سُمّيت هذه الطريقة نسبةً إلى مُخترعها، تشارلز ل. ريتشاردز. وهي تُتيح تصميمًا أسهل لآلات ذات حالات محدودة مُعقّدة مُقارنةً بالتقنيات التقليدية التي تعتمد على مُخططات الحالة ، وجداول انتقال الحالة ، والجبر البولياني. وباستخدام تقنية ريتشاردز، يُصبح تنفيذ آلات ذات حالات محدودة تحتوي على مئات أو حتى آلاف الحالات أسهل. ^{[ 1 ]}

نظراً لقدرة وحدة تحكم ريتشاردز على التوسع لاستخدام العديد من الحالات بسهولة، يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات العملية.

تم تطوير وحدة التحكم ريتشاردز بسبب الحاجة إلى طريقة أسهل لتصميم الآلات ذات الحالة المحدودة مقارنة باستخدام الطريقة التقليدية لمخططات الحالة وجداول انتقال الحالة وتقليل المنطق.

في ذلك الوقت، كانت العديد من أدوات تقليل المنطق القائمة على الكمبيوتر والتي لدينا اليوم ( اعتبارًا من عام 2018)لم تكن هذه الطريقة موجودة آنذاك. ونتيجةً لذلك، اقتصر تبسيط المنطق في معظمه على استخدام خرائط كارنو وقانون دي مورغان . ولهذا السبب، ابتكر تشارلز ل. ريتشاردز طريقةً لتنفيذ آلة ذات حالات محدودة لا تتطلب جدول انتقال حالات صريحًا. وقد نشر نتائج بحثه في عدد فبراير 1973 من مجلة الإلكترونيات .

أصبح تطبيقه العام شائعًا، وبحلول ثمانينيات القرن العشرين، اعتُبر أسلوبًا كلاسيكيًا في التصميم. ورغم أنه من غير المرجح أن تحتوي أي منتجات تجارية متوفرة اليوم على وحدة تحكم ريتشاردز الكلاسيكية (نظرًا لوجود تصاميم أسرع من تلك التي تستخدم عدادات قابلة للتحميل)، إلا أن هناك احتمالًا كبيرًا لاستخدام وحدة تحكم ريتشاردز مُعدّلة أو تصميم مُشتق منها .

يُعدّ مُتحكّم ريتشاردز آلة ميلي، إذ يعتمد مُخرَجها على كلٍّ من الحالة الراهنة والمُدخَل. مع ذلك، صمّم ريتشاردز طريقته الخاصة لتمثيل الحالات باستخدام مُخطّط انسيابي ، بدلاً من مُخطّط الحالة . تُمثَّل كل حالة كشرط نقل على المُخطّط الانسيابي. لكل شرط مساران تحكّم مُنبثقان منه، أحدهما "نعم" والآخر "لا". يكون الشرط "نعم" أو "لا" (صحيح أو خاطئ) بناءً على بتّ واحد مُدخَل إلى الآلة. (ريتشاردز، ص  108). بناءً على مُدخَل الشرط، سيتم تنفيذ إحدى دالتي النقل المرتبطتين به. تعتبر الآلة تنفيذ دالة بمثابة ضبط مُخرَج دبوس واحد على الجهاز، ويمكن استخدام ذلك لتشغيل منطق توافقي. بعد تنفيذ دالة النقل ، ستدخل الآلة في حالة جديدة، حيث تُحدِّد كل دالة نقل، ضمنيًا أو صراحةً، حالة جديدة للانتقال إليها. يمكن تسمية تعريف الحالة الضمني بالحالة الافتراضية، لأنه يحدث تلقائيًا دون أي دوائر إضافية من المصمم. فإذا كانت الحالة "نعم"، ينتقل النظام إلى الحالة التالية بالتسلسل. على سبيل المثال، إذا كنت في الحالة 0 وحدثت "نعم"، فستنتقل إلى الحالة 1. أما إذا كانت الحالة "لا"، فسيبقى النظام في حالته الحالية. باستخدام هذا السلوك، يُمكن إنشاء نظام ذي مخطط انسيابي تسلسلي بسيط. بالطبع، لا يُعد النظام التسلسلي عمليًا في العادة، ولكن لحسن الحظ، توجد طريقة للانتقال إلى الحالات بترتيب غير متسلسل، باستخدام ما يُسمى "القفزة". يتطلب تنفيذ القفزة مكونات إضافية لتحديد الحالة المستهدفة، وتختلف هذه المكونات باختلاف الوظيفة المُنفذة.

يمكن تلخيص النواة الأساسية لوحدة تحكم ريتشاردز في أربعة أجزاء: عداد، ومُضاعِف إشارات ، ووحدتا فك تشفير . يمكن بناء وحدة تحكم بسيطة باستخدام سلسلة 7400 الكلاسيكية من الدوائر المتكاملة المنطقية TTL. العداد المستخدم هو 74163، ومُضاعِف الإشارات هو 74151، ووحدتا فك التشفير هما الجزء 7442.

يُحدد خرج العداد أي بت من مدخلات المُضاعِف يجب إرساله إلى مخرجه Y (ويُرسل معكوسه إلى المخرج WN). إذا كانت قيمة Y عالية، يُسمح للعداد بالزيادة، وإلا فلا. وبالمثل، يجب أن تكون قيمة Y عالية لتفعيل مخرجات وظيفة YES لأن مدخل D في هذا المُفكِّك متصل بـ WN، بينما يجب أن تكون منخفضة لتفعيل مخرجات وظيفة NO، لأن مدخل D في هذا المُفكِّك مُعيَّن على Y.

لإجراء قفزة، يجب ضبط بت LDN على العداد، بالإضافة إلى المدخلات A وB وC وD. يُخبر LDN العداد بتحميل القيمة من هذه المدخلات. باستخدام منطق توافقي، يُمكن تحميل قيمة في العداد لبعض الوظائف دون غيرها، بالإضافة إلى تحديد عنوان الحالة المراد تحميلها، بناءً على الوظيفة النشطة. يتم ذلك ببساطة عن طريق إنشاء جدول بالوظائف والحالات التي يجب الانتقال إليها، ثم إيجاد تعبير الجبر البولياني لكل بت يُشكل عنوان الحالة المراد القفز إليها.

• آلة الدقيق
• أتمتة التصميم الإلكتروني

• ريتشاردز، تشارلز ل.؛ طريقة سهلة لتصميم وحدات التحكم البرمجية المعقدة . الإلكترونيات، 1 (فبراير 1973): 107-113.
• ويكرلي، جون ف.؛ التصميم الرقمي - الطبعة الثالثة. أبر سادل ريفر، نيوجيرسي: برنتيس هول إنك. 2001.