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

2、機和摩爾（Moore ）機: 米禾U（ Mealy）機：輸入*下一狀態(tài)組狀態(tài)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(tài)和輸出都取決于當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前輸入。摩爾（Moore）機:輸出組合邏輯時鐘摩爾（Moore ）機的下一狀態(tài)取決于當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前輸入，而輸出僅僅取決于當(dāng)前狀態(tài)。有限狀態(tài)機常用的描述、開發(fā)方法有限狀態(tài)機可以借助時序圖、狀態(tài)表、狀態(tài)圖以及ASM圖進行系統(tǒng)的描述與設(shè)計。? 時序圖可以用于說明系統(tǒng)中及系統(tǒng)與周圍環(huán)境的接口中信號的有效輸入與狀態(tài)轉(zhuǎn)移之 間的關(guān)系。? 狀態(tài)表與狀態(tài)轉(zhuǎn)移表以表格的形式表示在當(dāng)前狀態(tài)和輸入的各種組合下狀態(tài)機的下一 狀態(tài)和輸出

3、? 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（STG是一種有向圖，圖中帶有標(biāo)記的節(jié)點或頂點與時序狀態(tài)機的狀態(tài)一 一對應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)處于弧線起點的狀態(tài)時，用有向邊或弧線表示在輸入信號的作用下可能 發(fā)生的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。米利機STG的頂點用狀態(tài)進行標(biāo)記， 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的有向邊有下面兩種標(biāo)記方法：（1）用能夠?qū)е聽顟B(tài)向指定的下一狀態(tài)轉(zhuǎn)移的輸入信號來標(biāo)記（2）在當(dāng)前狀態(tài)下，用輸入信號的輸出來進行標(biāo)記摩爾機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與米利機相類似，但它的輸出是由各狀態(tài)的頂點來表示的，而不是 在弧線上表示? 算法狀態(tài)機（ASM）圖是時序狀態(tài)機功能的一種抽象，是模擬其行為特性的關(guān)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(tài)機輸入影響下發(fā)生的時序步驟。ASM圖描述的是狀態(tài)機的行為動作，而不是存儲元件所存儲的內(nèi)容。有時候用機器工作期間的行為動作來描述狀態(tài)機的狀態(tài)，比起用狀態(tài)機 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行描述更為方便也更為重要? ASMD圖是ASM圖的擴展。狀態(tài)機的一個重要應(yīng)用就是控制時序狀態(tài)機數(shù)據(jù)通道上的寄 存器操作，而該時序狀態(tài)機已被分為控制器和數(shù)據(jù)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(tài)機所控制的數(shù)據(jù)通道上。當(dāng)控制器的狀態(tài)沿 著通道發(fā)生轉(zhuǎn)移時， 通過標(biāo)注每個數(shù)據(jù)通道來指出那些在相關(guān)數(shù)據(jù)通道單元中所發(fā)生的 寄存器操作以這種方式連接到數(shù)據(jù)通道的ASM圖被稱為算法狀態(tài)機和數(shù)據(jù)通道 （ASMD

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

6、鐘周期的狀態(tài)。同步時序狀態(tài)機的設(shè)計就是要根據(jù)機器的狀態(tài)和外部輸入來確定能形成觸發(fā)器輸入的邏輯，該邏輯為組合邏輯，并且應(yīng)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(tài)；每個弧線則表示在指定輸入信號的作用下， 從給定狀態(tài)到下一狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，并且從一個節(jié)點出發(fā)的各弧線必須對應(yīng)一個唯一的輸入。通常，與從一個節(jié)點出發(fā)的一組弧線有關(guān)的布爾條件必須滿足和為1（即狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖必須考慮到從一個節(jié)點出發(fā)的所有的可能的狀態(tài)轉(zhuǎn)移），并且在給定狀態(tài)下與輸入變量判定有關(guān)的每個分支條件必須對應(yīng)于一條唯一的弧線（即時序狀態(tài)機僅可以由一個節(jié)點經(jīng)過一條弧線轉(zhuǎn)移到下一狀態(tài)）。根據(jù)時鐘到來之前的狀態(tài)值和當(dāng)前輸入值，由同步時序狀態(tài)機的