有限状态机

组成

　　有限状态机由组合逻辑和寄存器逻辑组成。

　　1、寄存器逻辑的功能：用来存储有限状态机的内部状态。

　　2、组合逻辑又可以分为次态逻辑和输出逻辑两个部分。其中次态逻辑的功能是用来确定有限状态机的下一个状态；而输出逻辑就是用来确定有限状态机的输出。

类型

　　在实际的应用中，根据有限状态机是否使用输入信号，设计人员经常将其分为Moore型有限状态机和Mealy型有限状态机两种类型。

　　1、Moore型有限状态机：是指那些输出信号仅与当前状态有关的有限状态机，即可以把Moore型有限状态机的输出看成是当前状态的函数。

　　2、Mealy型有限状态机：是指那些输出信号不仅与当前状态有关，而且还与所有的输入信号有关的有限状态机，即可以把Mealy有限状态机的输出看成是当前状态和所有输入信号的函数。可见，Mealy有限状态机要比Moore型有限状态机复杂一些。

　　Moore型和Mealy型有限状态机的区别：Moore型有限状态机仅与当前状态有关，而与输入信号无关；Mealy型有限状态机不但与当前状态有关，而且还与状态机的输入信号有关。

作用

　　有限状态机是指输出取决于过去输入部分和当前输入部分的时序逻辑电路。一般来说，除了输入部分和输出部分外，有限状态机还含有一组具有“记忆”功能的寄存器，这些寄存器的功能是记忆有限状态机的内部状态，它们常被称为状态寄存器。在有限状态机中，状态寄存器的的下一个状态不仅与输入信号有关，而且还与该寄存器的当前状态有关，因此有限状态机又可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑的一种组合。其中，寄存器逻辑的功能是存储有限状态机的内部状态；而组合逻辑又可以分为次态逻辑和输出逻辑两部分，次态逻辑的功能是确定有限状态机的下一个状态，输出逻辑的功能是确定有限状态机的输出。

描述规则

　　有限状态机的描述规则：

　　1、至少包含一个状态信号，用来指状态；

　　2、状态转移指定和输出指定；

　　3、时钟信号，一般用来同步；

　　4、同步或者异步复位信号。

　　其中：第1条到第3条是必须包括的，而第4条则不是必须含有的。

描述方式

　　有限状态机的描述方式有三进程、双进程和单进程描述方式。

　　1、三进程描述方式

　　三进程描述方式是指在VHDL语言程序的结构体中，使用三个进程语句来描述有限状态机的功能：一个进程用来描述有限状态机中的次态逻辑；一个进程用来描述有限状态机中的状态寄存器；另外一个进程用来描述有限状态机中的输出逻辑。

　　2、双进程描述方式

　　双进程描述方式是指在VHDL语言程序的结构体中，使用两个进程语句来描述有限状态机的功能：一个进程语句用来描述有限状态机中次态逻辑、状态寄存器和输出逻辑中的任何两个；另外一个进程则用来描述有限状态机剩余的功能。

　　3、单进程描述方式

　　单进程描述方式是指在VHDL语言程序的结构体中，使用一个进程语句来描述有限状态机中的次态逻辑、状态寄存器和输出逻辑。

应用

　　1、硬件应用

　　在数字电路中，FSM 可以用可编程逻辑设备、可编程逻辑控制器、逻辑门和触发器或继电器来建造。更明确的说，硬件实现要求寄存器来存储状态变量，确定状态转移的一块组合逻辑，和确定 FSM 输出的另一块组合逻辑。一类经典硬件实现是 Richard控制器。

　　2、软件应用

　　下列概念经常用来建造有有限状态机的软件应用：

　　●事件驱动 FSM

　　●虚拟 FSM (VFSM)

　　●基于自动机编程