The konečné štátne stroje (FSM) sú dôležité pre pochopenie logiky rozhodovania, ako aj pre riadenie digitálnych systémov. Vo FSM sú výstupmi, ako aj ďalším stavom súčasný stav a vstupná funkcia. To znamená, že výber nasledujúceho stavu závisí predovšetkým od vstupnej hodnoty a sily, ktoré vedú k vyššiemu výkonu zloženého systému. Rovnako ako v postupnej logike, aj pri rozhodovaní o výstupe vyžadujeme históriu minulých vstupov. FSM sa preto ukazuje ako veľmi kooperatívny pri porozumení postupných logických rolí. V zásade existujú dva spôsoby usporiadania a sekvenčný logický dizajn menovite múdry stroj, ako aj viac strojov. Tento článok pojednáva o teórii a implementácii konečných stavových strojov alebo typov FSM, príklady konečných stavových strojov , výhody a nevýhody.
Čo je to FSM (Finite State Machine)?
The definícia konečného automatu je , termín konečný stavový stroj (FSM) je tiež známy ako konečný stav automatizácia . FSM je výpočtový model, ktorý je možné vykonať pomocou hardvéru alebo softvéru. Používa sa na vytváranie sekvenčnej logiky, ako aj niekoľkých počítačových programov. FSM sa používajú na riešenie problémov v oblastiach ako matematika, hry, lingvistika a umelá inteligencia. V systéme, kde špecifické vstupy môžu spôsobiť špecifické zmeny stavu, ktoré je možné označiť pomocou FSM.
Konečný štátny stroj
Toto diagram konečného stavu stroja vysvetľuje rôzne podmienky turniketu. Kedykoľvek vložíte mincu do turniketu, dôjde k jej odblokovaniu a po stlačení turniketu dôjde k jej zosilneniu. Vloženie mince do neodskrutkovaného turniketu, inak by sa pritlačením na zaskrutkovaný turniket nezmenil jej stav.
Typy konečných štátnych strojov
Konečné stavové automaty sa delia na dva typy, ako napr Mierne stavový automat a Mooreov stavový automat .
Mealy State Machine
Keď výstupy závisia od aktuálnych vstupov, ako aj od stavov, potom možno FSM pomenovať ako mealy state machine. Nasledujúci diagram je blokový diagram strojového stavu . Bloková schéma mealy state machine sa skladá z dvoch častí kombinačná logika rovnako ako pamäť. Pamäť v stroji môže byť použitá na zabezpečenie niektorých predchádzajúcich výstupov ako kombinačných logických vstupov.
Bloková schéma zariadenia Mealy State Machine
Na základe súčasných vstupov i stavov môže tento stroj produkovať výstupy. Výstupy teda môžu byť vhodné iba pri kladnom, inak zápornom signáli CLK. Stavový diagram mealy state machine je zobrazený nižšie.
Stavový diagram zariadenia Mealy State Machine
Stavový diagram stroja mealy state obsahuje hlavne tri stavy, konkrétne A, B a C. Tieto tri stavy sú označené v kruhoch, rovnako ako každý kruh komunikuje s jedným stavom. Konverzie medzi týmito tromi stavmi sú označené smernými čiarami. Na vyššie uvedenom diagrame sú vstupy a výstupy označené 0/0, 1/0 a 1/1. Na základe vstupnej hodnoty existujú dva prevody z každého štátu.
Všeobecne je počet požadovaných stavov v mesačnom stroji nižší alebo ekvivalentný počtu požadovaných stavov v automate Moore. Pre každý stavový stroj Mealy existuje rovnaký Moorov stavový automat. Výsledkom je, že podľa potreby môžeme jedného z nich zamestnať.
Moore State Machine
Keď výstupy závisia od aktuálnych stavov, potom je možné FSM pomenovať ako Mooreov stavový automat . The Blokový diagram stroja podľa Moora je zobrazené nižšie. Blokový diagram stroja podľa Moora sa skladá z dvoch častí, a to kombinačnej logiky a pamäte.
Blokový diagram stroja podľa Moora
V takom prípade rozhodnú o ďalších stavoch súčasné vstupy, ako aj súčasné stavy. V závislosti na ďalších stavoch bude teda tento stroj generovať výstupy. Takže jeho výstupy budú použiteľné jednoducho po konverzii štátu.
The Mooreov stavový diagram stavu stroja je zobrazené nižšie. Vo vyššie uvedenom stave diagram obsahuje štyri stavy, ako napríklad stroj mealy state, konkrétne A, B, C a D. Štyri stavy a jednotlivé výstupy sú umiestnené v kruhoch.
Stavový diagram automatu Moore
Na vyššie uvedenom obrázku sú štyri stavy, konkrétne A, B, C a D. Tieto stavy a príslušné výstupy sú označené vo vnútri kruhov. Tu je pri každej konverzii jednoducho vyznačená hodnota vstupu. Na vyššie uvedenom obrázku sú dva prevody z každého stavu v závislosti od vstupnej hodnoty.
Spravidla je množstvo požadovaných stavov v tomto stroji väčšie ako inak ekvivalentné požadovanému počtu stavov v stroji s riadnym stavom
Počet požadovaných stavov v tomto stroji je vo všeobecnosti viac ako inak ekvivalentný požadovaným stavom v MSM (Mealy State Machine) . Pre každý stavový stroj Moore existuje zodpovedajúci stavový stroj Mealy. V dôsledku toho môžeme podľa potreby jeden z nich využiť.
Pre každý stavový stroj Moore existuje rovnako stabilný stavový stroj. Výsledkom je, že podľa potreby môžeme jedného z nich zamestnať.
Aplikácie konečných stavových strojov
The aplikácie konečných stavových strojov zahŕňajú hlavne nasledujúce.
FSM sa používajú v hrách, pre ktoré sa najviac využívajú umela inteligencia , a sú však tiež časté pri vykonávaní navigácie pri analýze textu, manipulácii so vstupmi zákazníka, ako aj pri sieťových protokoloch.
Tieto sú obmedzené vo výpočtovej sile a majú dobrú kvalitu na to, aby ich bolo možné pomerne ľahko rozpoznať. Často ich teda používajú vývojári softvéru aj dizajnéri systémov na sumarizáciu výkonu zložitého systému.
Konečné automaty sú použiteľné v automatoch, videohrách, semaforoch, radiče v CPU, syntaktická analýza, analýza protokolu, rozpoznávanie reči , spracovanie jazyka a pod.
Výhody stroja konečných stavov
The výhody Finite State Machine zahrňte nasledujúce.
- Konečné stavové automaty sú flexibilné
- Ľahko sa dá prejsť od významného abstraktu k vykonaniu kódu
- Nízka réžia procesora
- Ľahké určenie dosiahnuteľnosti štátu
Nevýhody konečného automatu
The nevýhody konečného stavového automatu zahrňte nasledujúce
- Očakávaný charakter deterministických konečných stavových strojov nemusí byť potrebný v niektorých oblastiach, ako sú počítačové hry
- Implementácia obrovských systémov pomocou FSM je ťažké zvládnuť bez akejkoľvek predstavy o dizajne.
- Neplatí pre všetky domény
- Poradie štátnych premien je nepružné.
Toto je teda všetko o konečné štátne stroje . Z vyššie uvedených informácií nakoniec môžeme vyvodiť záver, že synchrónne sekvenčné obvody ovplyvňujú ich stavy pre každú pozitívnu, inak negatívnu premenu signálu CLK v závislosti od vstupu. Toto správanie teda možno označiť vo forme grafickej, ktorá sa označuje ako stavový diagram. Ďalším názvom synchrónneho sekvenčného obvodu je FSM (konečný stavový stroj). Tu je otázka pre vás, čo sú to vlastnosti FSM ?
