Digitale Schaltungen - Finite-State-Maschinen
Wir wissen, dass synchrone sequentielle Schaltungen ihre Zustände für jeden positiven (oder negativen) Übergang des Taktsignals basierend auf dem Eingang ändern (beeinflussen). Dieses Verhalten synchroner sequentieller Schaltungen kann also in grafischer Form dargestellt werden und ist bekannt alsstate diagram.
Eine synchrone sequentielle Schaltung wird auch als bezeichnet Finite State Machine(FSM), wenn es eine endliche Anzahl von Zuständen hat. Es gibt zwei Arten von FSMs.
- Mehlige Zustandsmaschine
- Moore State Machine
Lassen Sie uns nun nacheinander über diese beiden Zustandsautomaten sprechen.
Mehlige Zustandsmaschine
Eine Finite-State-Maschine wird als Mealy-State-Maschine bezeichnet, wenn die Ausgaben sowohl von den aktuellen Eingaben als auch von den aktuellen Zuständen abhängen. Dasblock diagram der Mealy-Zustandsmaschine ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Wie in der Abbildung gezeigt, sind in der Mealy-Zustandsmaschine zwei Teile vorhanden. Das sind kombinatorische Logik und Gedächtnis. Der Speicher ist nützlich, um einige oder einen Teil der vorherigen Ausgaben bereitzustellen(present states) als Eingänge der kombinatorischen Logik.
Basierend auf den gegenwärtigen Eingaben und gegenwärtigen Zuständen erzeugt die Mealy-Zustandsmaschine also Ausgaben. Daher sind die Ausgänge nur beim positiven (oder negativen) Übergang des Taktsignals gültig.
Das state diagram der Mealy-Zustandsmaschine ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
In der obigen Abbildung gibt es drei Zustände, nämlich A, B und C. Diese Zustände sind innerhalb der Kreise gekennzeichnet und jeder Kreis entspricht einem Zustand. Übergänge zwischen diesen Zuständen werden mit gerichteten Linien dargestellt. Hier bedeutet 0/0, 1/0 & 1/1input / output. In der obigen Abbildung gibt es zwei Übergänge von jedem Zustand basierend auf dem Eingabewert x.
Im Allgemeinen ist die Anzahl der in der Mealy-Zustandsmaschine erforderlichen Zustände kleiner oder gleich der Anzahl der in der Moore-Zustandsmaschine erforderlichen Zustände. Für jede Mealy-Zustandsmaschine gibt es eine äquivalente Moore-Zustandsmaschine.
Moore State Machine
Eine Finite-State-Maschine wird als Moore-State-Maschine bezeichnet, wenn die Ausgaben nur von den aktuellen Zuständen abhängen. Dasblock diagram der Moore-Zustandsmaschine ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Wie in der Abbildung gezeigt, sind in der Moore-Zustandsmaschine zwei Teile vorhanden. Das sind kombinatorische Logik und Gedächtnis. In diesem Fall bestimmen die gegenwärtigen Eingaben und gegenwärtigen Zustände die nächsten Zustände. Basierend auf den nächsten Zuständen erzeugt die Moore-Zustandsmaschine die Ausgaben. Daher sind die Ausgänge erst nach dem Übergang des Zustands gültig.
Das state diagram der Moore-Zustandsmaschine ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
In der obigen Abbildung gibt es vier Zustände, nämlich A, B, C und D. Diese Zustände und die jeweiligen Ausgänge sind innerhalb der Kreise gekennzeichnet. Hier wird bei jedem Übergang nur der Eingabewert beschriftet. In der obigen Abbildung gibt es zwei Übergänge von jedem Zustand basierend auf dem Eingabewert x.
Im Allgemeinen ist die Anzahl der in der Moore-Zustandsmaschine erforderlichen Zustände größer oder gleich der Anzahl der in der Mealy-Zustandsmaschine erforderlichen Zustände. Für jede Moore-Zustandsmaschine gibt es eine äquivalente Mealy-Zustandsmaschine. Je nach Anforderung können wir also eine davon verwenden.