1、時序狀態機的設計入門與提高計算機及具有存儲器或按照所存儲信息執行一系列操作的其他數字系統統稱為時序狀態機”其電路可以通過時序邏輯進行建模。時序狀態機的性能與組合邏輯不同，因為時序狀 態機的輸出不僅僅取決于當前的輸入值，而且取決于歷史的輸入值。時序狀態機被廣泛應用于需要指定順序操作的應用中。所有的時序狀態機都具有如圖的通用反饋結構，在這種結構中時序狀態機的下一狀態是由當前狀態和當前輸入一起形成的：時序狀態機可以按是否受一個公共的時鐘控制（鐘控）分為同步狀態機和異步狀態機；根據狀態數目是否有限分為有限狀態機和無限狀態機。此處只討論有限狀態機。有限狀態機的（FSM）分類有限狀態機有米利（Mealy）

2、機和摩爾（Moore ）機: 米禾U（ Mealy）機：輸入*下一狀態組狀態寄存器輸出組合邏輸出.*合邏輯V八心寄4存右器1輯時鐘米利（Mealy）機的下一狀態和輸出都取決于當前狀態和當前輸入。摩爾（Moore）機:輸出組合邏輯時鐘摩爾（Moore ）機的下一狀態取決于當前狀態和當前輸入，而輸出僅僅取決于當前狀態。有限狀態機常用的描述、開發方法有限狀態機可以借助時序圖、狀態表、狀態圖以及ASM圖進行系統的描述與設計。? 時序圖可以用于說明系統中及系統與周圍環境的接口中信號的有效輸入與狀態轉移之 間的關系。? 狀態表與狀態轉移表以表格的形式表示在當前狀態和輸入的各種組合下狀態機的下一 狀態和輸出

3、? 狀態轉移圖（STG是一種有向圖，圖中帶有標記的節點或頂點與時序狀態機的狀態一 一對應。當系統處于弧線起點的狀態時，用有向邊或弧線表示在輸入信號的作用下可能 發生的狀態轉移。米利機STG的頂點用狀態進行標記， 狀態轉移圖的有向邊有下面兩種標記方法：（1）用能夠導致狀態向指定的下一狀態轉移的輸入信號來標記（2）在當前狀態下，用輸入信號的輸出來進行標記摩爾機的狀態轉移圖與米利機相類似，但它的輸出是由各狀態的頂點來表示的，而不是 在弧線上表示? 算法狀態機（ASM）圖是時序狀態機功能的一種抽象，是模擬其行為特性的關鍵工具。 它類似于軟件流程圖，但顯示的是計算流程圖（如寄存器操作）的時間順序，以及在

4、狀 態機輸入影響下發生的時序步驟。ASM圖描述的是狀態機的行為動作，而不是存儲元件所存儲的內容。有時候用機器工作期間的行為動作來描述狀態機的狀態，比起用狀態機 產生的數據進行描述更為方便也更為重要? ASMD圖是ASM圖的擴展。狀態機的一個重要應用就是控制時序狀態機數據通道上的寄 存器操作，而該時序狀態機已被分為控制器和數據通道。控制器可以用ASM圖來描述，我們修改ASM圖的目的是把它連接到狀態機所控制的數據通道上。當控制器的狀態沿 著通道發生轉移時， 通過標注每個數據通道來指出那些在相關數據通道單元中所發生的 寄存器操作以這種方式連接到數據通道的ASM圖被稱為算法狀態機和數據通道 （ASMD

5、）圖。在把時序狀態機數據通道的設計從控制器的設計中分離出來，并在兩個單元之間保 持清晰聯系的情況下， ASMD圖有助于闡明這樣的時序狀態機設計方法。與狀態轉移并 行發生的寄存器操作是在圖的通道上標注的，而不是在通道上的條件框或狀態框中標注的，因為這些寄存器并不是控制器的一部分。由控制器產生的輸出是那些控制數據通道 寄存器的信號，以及引發 ASM圖上標注的寄存器操作的信號。基于狀態轉移圖（STG的設計對于一個同步時序狀態機的給定的STG設計的任務就是確定下一狀態和輸出邏輯。如果用一個二進制碼來表示時序狀態機的狀態，那么其值可以存儲在觸發器中。在時鐘的各個有效沿處，狀態保持觸發器的輸入變成下一個時

6、鐘周期的狀態。同步時序狀態機的設計就是要根據機器的狀態和外部輸入來確定能形成觸發器輸入的邏輯，該邏輯為組合邏輯，并且應該是最簡邏輯。對于有效地STG而言，其每個頂點必須表示一個唯一的狀態；每個弧線則表示在指定輸入信號的作用下， 從給定狀態到下一狀態的轉移，并且從一個節點出發的各弧線必須對應一個唯一的輸入。通常，與從一個節點出發的一組弧線有關的布爾條件必須滿足和為1（即狀態轉移圖必須考慮到從一個節點出發的所有的可能的狀態轉移），并且在給定狀態下與輸入變量判定有關的每個分支條件必須對應于一條唯一的弧線（即時序狀態機僅可以由一個節點經過一條弧線轉移到下一狀態）。根據時鐘到來之前的狀態值和當前輸入值，由同步時序狀態機的