A syntax is compositional if complex components can be constructed out of simpler ones on the basis of their interfaces, without inspecting their internals. Digital circuits, despite having been studied for nearly a century and used at scale for about half that time, have until recently evaded a fully compositional theoretical understanding. The sticking point has been the need to avoid feedback loops that bypass memory elements, the so called `combinational feedback' problem. This requires examining the internal structure of a circuit, defeating compositionality. Recent work remedied this theoretical shortcoming by showing how digital circuits can be presented compositionally as morphisms in a freely generated Cartesian traced (dataflow) category. The focus was to support a better syntactical understanding of digital circuits, culminating in the formulation of novel operational semantics for digital circuits using an equational theory. The goals of this paper are twofold. First we formalise the semantics of digital circuits by interpreting them as functions on streams with certain properties. Second we refine the previous equational theory so that it is in perfect agreement with the semantic model. To support this result we introduce two key equations: the first can eliminate non-delay-guarded feedback via finite unfoldings, and the second can translate between circuits with the same behaviour syntactically by reducing the problem to checking a finite number of closed circuits. While these are enough to establish a correspondence between the denotational and the equational frameworks, we also show how simpler equations can be derived for more intuitive reasoning. The most important consequence of this is that we can now give a recipe that ensures a circuit always produces observable output, thus using the denotational model to inform and improve the operational semantics.


翻译:如果复杂的组件可以在不检查内部结构的情况下,以更简单的界面为基础,用更简单的组件来构造,那么语法就是一种构成。数字电路,尽管经过近一个世纪的研究,并且用于半个时间的规模,但直到最近才有完全的理论性理解。关键点是需要避免绕过记忆元素的反馈循环,即所谓的“两国反馈”问题。这要求检查电路的内部结构,挫败构成性。最近的工作纠正了这一理论性缺陷,展示了数字电路如何在自由生成的卡斯特利亚直径(数据流)类中以变形形式呈现成变形。尽管数字电路已经进行了近一个世纪的研究,并且用于半个时期的规模,但直到最近才支持对数字电路进行更精确的理解性理解,最终是用方程理论来为数字电路路路设计新的操作性定义。首先将数字电路路路解释成对流的函数,然后将电路路路流解释为某些特性。第二,我们改进了以前的方程理论,这样我们就能与最精确的电路路路路路运推法模型达成完全的一致。因此,我们也可以通过不断的电路路路路路路路路路路路路路变,然后再演演演演变。我们也可以地演,这样推,这样推,我们就可以在不断变。

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