Das Finite-State-Maschinen (FSMs) sind wichtig für das Verständnis der Entscheidungslogik sowie für die Steuerung der digitalen Systeme. Im FSM sind die Ausgänge sowie der nächste Zustand ein aktueller Zustand und die Eingabefunktion. Dies bedeutet, dass die Auswahl des nächsten Zustands hauptsächlich vom Eingabewert abhängt und die Stärke zu einer höheren Leistung des Verbundsystems führt. Wie in der sequentiellen Logik benötigen wir den Verlauf der vergangenen Eingaben, um die Ausgabe zu bestimmen. Daher erweist sich FSM als sehr kooperativ beim Verständnis sequentieller Logikrollen. Grundsätzlich gibt es zwei Methoden zum Anordnen von a sequentielles Logikdesign nämlich mehlige Maschine sowie mehr Maschine. Dieser Artikel beschreibt die Theorie und Implementierung einer Finite-State-Maschine oder FSM-Typen, Beispiele für endliche Zustandsmaschinen , Vorteile und Nachteile.
Was ist eine FSM (Finite State Machine)?
Das Definition einer endlichen Zustandsmaschine ist wird der Begriff Finite-State-Machine (FSM) auch als bezeichnet endlicher Zustand Automatisierung . FSM ist ein Berechnungsmodell, das mit Hilfe von Hardware oder Software ausgeführt werden kann. Dies wird zum Erstellen von sequentieller Logik sowie einiger Computerprogramme verwendet. FSMs werden verwendet, um Probleme in Bereichen wie Mathematik, Spiele, Linguistik und künstliche Intelligenz zu lösen. In einem System, in dem bestimmte Eingaben bestimmte Zustandsänderungen verursachen können, die mithilfe von FSMs angezeigt werden können.
Finite State Machine
Dies Finite-State-Machine-Diagramm erklärt die verschiedenen Bedingungen eines Drehkreuzes. Immer wenn eine Münze in ein Drehkreuz gelegt wird, wird sie gelöst, und nachdem das Drehkreuz gedrückt wurde, wird die Verstärkung erhöht. Wenn Sie eine Münze in ein ungeschraubtes Drehkreuz legen und andernfalls gegen ein verschraubtes Drehkreuz drücken, ändert sich ihr Zustand nicht.
Arten von Finite-State-Maschinen
Die Finite-State-Maschinen werden in zwei Typen eingeteilt, wie z Mehlige Zustandsmaschine und Moore Zustandsmaschine .
Mehlige Zustandsmaschine
Wenn die Ausgänge sowohl von den aktuellen Eingängen als auch von den Zuständen abhängen, kann der FSM als mehlige Zustandsmaschine bezeichnet werden. Das folgende Diagramm ist das Blockschaltbild der mehligen Zustandsmaschine . Das Blockschaltbild der mehligen Zustandsmaschine besteht nämlich aus zwei Teilen kombinatorische Logik sowie Erinnerung. Der Speicher in der Maschine kann verwendet werden, um einige der vorherigen Ausgänge als kombinatorische Logikeingänge bereitzustellen.
Blockschaltbild der mehligen Zustandsmaschine
Basierend auf den aktuellen Eingaben sowie den Zuständen kann diese Maschine Ausgaben erzeugen. Somit können die Ausgänge nur bei positivem sonst negativem CLK-Signal geeignet sein. Das Zustandsdiagramm der mehligen Zustandsmaschine ist unten dargestellt.
Zustandsdiagramm der mehligen Zustandsmaschine
Das Zustandsdiagramm der mehligen Zustandsmaschine enthält hauptsächlich drei Zustände, nämlich A, B und C. Diese drei Zustände sind innerhalb der Kreise markiert, und jeder Kreis kommuniziert mit einem Zustand. Umwandlungen zwischen diesen drei Zuständen werden durch gerichtete Linien angezeigt. Im obigen Diagramm sind die Ein- und Ausgänge mit 0/0, 1/0 und 1/1 bezeichnet. Basierend auf dem Eingabewert gibt es zwei Konvertierungen aus jedem Status.
Im Allgemeinen liegt die Anzahl der erforderlichen Zustände in der mehligen Maschine unter oder gleich der Anzahl der erforderlichen Zustände in der Moore-Zustandsmaschine. Für jede Mealy-Zustandsmaschine gibt es eine gleiche Moore-Zustandsmaschine. Infolgedessen können wir aufgrund der Notwendigkeit einen von ihnen einsetzen.
Moore State Machine
Wenn die Ausgänge von den aktuellen Zuständen abhängen, kann der FSM als benannt werden Moore Zustandsmaschine . Das Blockdiagramm der Moore State Machine wird unten gezeigt. Das Blockschaltbild der Moore-Zustandsmaschine besteht aus zwei Teilen, nämlich der kombinatorischen Logik sowie dem Speicher.
Moore State Machine Blockdiagramm
In diesem Fall entscheiden die aktuellen Eingänge sowie die aktuellen Zustände über die nächsten Zustände. Abhängig von weiteren Zuständen erzeugt diese Maschine somit die Ausgaben. Die Ausgaben hierfür sind also einfach nach der Konvertierung des Zustands anwendbar.
Das Zustandsdiagramm der Moore-Zustandsmaschine wird unten gezeigt. Im obigen Zustand enthält das Diagramm vier Zustände wie eine mehlige Zustandsmaschine, nämlich A, B, C und D. Die vier Zustände sowie einzelne Ausgaben werden in den Kreisen platziert.
Zustandsdiagramm der Moore State Machine
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 jeder Konvertierung einfach der Eingabewert markiert. In der obigen Abbildung sind zwei Konvertierungen aus jedem Zustand abhängig vom Eingabewert enthalten.
Im Allgemeinen ist die Anzahl der erforderlichen Zustände in dieser Maschine größer als ansonsten gleich der erforderlichen Anzahl von Zuständen in der mehligen Zustandsmaschine
Im Allgemeinen entspricht die Anzahl der erforderlichen Zustände in dieser Maschine mehr als ansonsten den erforderlichen Zuständen in MSM (Mealy State Machine) . Für jede Moore-Zustandsmaschine gibt es eine entsprechende Mealy-Zustandsmaschine. Folglich können wir je nach Notwendigkeit eine davon verwenden.
Für jede Moore-Zustandsmaschine gibt es eine gleich mehlige Zustandsmaschine. Infolgedessen können wir aufgrund der Notwendigkeit einen von ihnen einsetzen.
Anwendungen mit endlichen Zustandsmaschinen
Das Anwendungen für endliche Zustandsmaschinen umfassen hauptsächlich die folgenden.
FSMs werden in Spielen verwendet, in denen sie am häufigsten verwendet werden künstliche Intelligenz und sie sind jedoch auch häufig bei der Ausführung des Navigierens von Analysetext, der Eingabehandhabung des Kunden sowie von Netzwerkprotokollen.
Diese sind in ihrer Rechenleistung eingeschränkt und haben die gute Qualität, vergleichsweise einfach zu erkennen zu sein. Daher werden sie häufig von Softwareentwicklern und Systementwicklern verwendet, um die Leistung eines schwierigen Systems zusammenzufassen.
Die Finite-State-Automaten sind in Verkaufsautomaten, Videospielen, Ampeln, Steuerungen in der CPU, Textanalyse, Analyse des Protokolls, Spracherkennung , Sprachverarbeitung usw.
Vorteile der Finite-State-Maschine
Das Vorteile der Finite State Machine das Folgende einschließen.
- Finite-State-Maschinen sind flexibel
- Einfacher Übergang von einer signifikanten Zusammenfassung zu einer Codeausführung
- Geringer Prozessoraufwand
- Einfache Bestimmung der Erreichbarkeit eines Staates
Nachteile der Finite-State-Maschine
Das Nachteile der Finite-State-Maschine das Folgende einschließen
- Der erwartete Charakter deterministischer Finite-State-Maschinen kann in einigen Bereichen wie Computerspielen nicht benötigt werden
- Die Implementierung großer Systeme mit FSM ist ohne eine Vorstellung von Design schwer zu verwalten.
- Gilt nicht für alle Domains
- Die Reihenfolge der Zustandsumwandlungen ist unflexibel.
Das ist also alles über endliche Zustandsmaschinen . Aus den obigen Informationen können wir schließlich schließen, dass synchrone sequentielle Schaltungen ihre Zustände für jede positive, ansonsten negative Umwandlung des CLK-Signals in Abhängigkeit vom Eingang beeinflussen. Dieses Verhalten kann also in Form einer Grafik dargestellt werden, die als Zustandsdiagramm bezeichnet wird. Ein anderer Name einer synchronen sequentiellen Schaltung ist FSM (Finite State Machine). Hier ist eine Frage an Sie, was sind die Eigenschaften von FSM ?
