Các máy trạng thái hữu hạn (FSM) rất quan trọng để hiểu logic ra quyết định cũng như kiểm soát các hệ thống kỹ thuật số. Trong FSM, các đầu ra, cũng như trạng thái tiếp theo, là trạng thái hiện tại và chức năng đầu vào. Điều này có nghĩa là việc lựa chọn trạng thái tiếp theo chủ yếu phụ thuộc vào giá trị đầu vào và cường độ dẫn đến hiệu suất của hệ thống phức hợp hơn. Như trong logic tuần tự, chúng tôi yêu cầu lịch sử đầu vào trong quá khứ để quyết định đầu ra. Do đó FSM tỏ ra rất hợp tác trong việc hiểu các vai trò logic tuần tự. Về cơ bản, có hai phương pháp để sắp xếp thiết kế logic tuần tự cụ thể là máy nghiền bột cũng như nhiều máy hơn. Bài viết này thảo luận về lý thuyết và việc triển khai máy trạng thái hữu hạn hoặc FSM, các loại, ví dụ máy trạng thái hữu hạn , ưu điểm và nhược điểm.
FSM (Máy trạng thái hữu hạn) là gì?
Các định nghĩa của một máy trạng thái hữu hạn là , thuật ngữ máy trạng thái hữu hạn (FSM) còn được gọi là trạng thái hữu hạn tự động hóa . FSM là một mô hình tính toán có thể được thực thi với sự trợ giúp của phần cứng hoặc phần mềm. Điều này được sử dụng để tạo logic tuần tự cũng như một vài chương trình máy tính. FSM được sử dụng để giải quyết các vấn đề trong các lĩnh vực như toán học, trò chơi, ngôn ngữ học và trí tuệ nhân tạo. Trong một hệ thống mà các đầu vào cụ thể có thể gây ra những thay đổi cụ thể về trạng thái có thể được biểu thị với sự trợ giúp của FSM.
Máy trạng thái hữu hạn
Điều này sơ đồ máy trạng thái hữu hạn giải thích các điều kiện khác nhau của cửa quay. Bất cứ khi nào đặt một đồng xu vào một cửa quay, nó sẽ mở khóa và sau khi cửa quay được nhấn, nó sẽ tăng. Đặt đồng xu vào một cửa quay không có chốt, nếu không việc ấn vào một cửa quay có chốt sẽ không làm thay đổi trạng thái của nó.
Các loại máy trạng thái hữu hạn
Máy trạng thái hữu hạn được phân thành hai loại như Máy trạng thái Mealy và Máy trạng thái Moore .
Máy trạng thái Mealy
Khi các đầu ra phụ thuộc vào các đầu vào cũng như trạng thái hiện tại, thì FSM có thể được đặt tên là một máy trạng thái thô. Sơ đồ sau đây là sơ đồ khối máy trạng thái bột . Sơ đồ khối máy trạng thái bột bao gồm hai phần cụ thể là kết hợp logic cũng như bộ nhớ. Bộ nhớ trong máy có thể được sử dụng để cung cấp một số đầu ra trước đó làm đầu vào logic tổ hợp.
Sơ đồ khối máy trạng thái Mealy
Dựa trên các đầu vào cũng như trạng thái hiện tại, máy này có thể tạo ra đầu ra. Do đó, các đầu ra chỉ có thể phù hợp ở mức tích cực hoặc tiêu cực của tín hiệu CLK. Biểu đồ trạng thái của máy trạng thái bột được hiển thị bên dưới.
Sơ đồ trạng thái của Máy trạng thái Mealy
Biểu đồ trạng thái của máy trạng thái bột chủ yếu bao gồm ba trạng thái là A, B và C. Ba trạng thái này được gắn thẻ trong các vòng kết nối cũng như mọi vòng kết nối với một trạng thái. Chuyển đổi giữa ba trạng thái này được biểu thị bằng các đường chỉ dẫn. Trong sơ đồ trên, các đầu vào và đầu ra được ký hiệu là 0/0, 1/0 và 1/1. Dựa trên giá trị đầu vào, có hai chuyển đổi từ mọi trạng thái.
Nói chung, số lượng trạng thái cần thiết trong máy nghiền bột nhỏ hơn hoặc tương đương với số trạng thái cần thiết trong máy trạng thái Moore. Có một máy trạng thái Moore bằng nhau cho mọi máy trạng thái Mealy. Do đó, dựa trên sự cần thiết, chúng tôi có thể sử dụng một trong số họ.
Máy trạng thái Moore
Khi các đầu ra phụ thuộc vào trạng thái hiện tại thì FSM có thể được đặt tên là Máy trạng thái Moore . Các Sơ đồ khối của máy trạng thái Moore được hiển thị bên dưới. Sơ đồ khối máy trạng thái Moore bao gồm hai phần cụ thể là logic tổ hợp cũng như bộ nhớ.
Sơ đồ khối máy trạng thái Moore
Trong trường hợp này, các đầu vào hiện tại, cũng như các trạng thái hiện tại, sẽ quyết định các trạng thái tiếp theo. Do đó, tùy thuộc vào các trạng thái khác, máy này sẽ tạo ra các đầu ra. Vì vậy, kết quả đầu ra của điều này sẽ được áp dụng đơn giản sau khi chuyển đổi trạng thái.
Các Biểu đồ trạng thái máy trạng thái Moore được hiển thị bên dưới. Ở trạng thái trên, biểu đồ bao gồm bốn trạng thái giống như một cỗ máy trạng thái thô là A, B, C và D. bốn trạng thái cũng như các đầu ra riêng lẻ được đặt trong các vòng tròn.
Sơ đồ trạng thái của Máy trạng thái Moore
Trong hình trên, có bốn trạng thái, đó là A, B, C & D. Các trạng thái này và các đầu ra tương ứng được gắn nhãn bên trong các vòng tròn. Ở đây, chỉ đơn giản là giá trị đầu vào được đánh dấu trên mọi chuyển đổi. Trong hình trên bao gồm hai chuyển đổi từ mọi trạng thái tùy thuộc vào giá trị đầu vào.
Nói chung, số lượng trạng thái yêu cầu trong máy này lớn hơn tương đương với số trạng thái yêu cầu trong máy trạng thái bột
Nói chung, số trạng thái yêu cầu trong máy này nhiều hơn tương đương với các trạng thái bắt buộc trong MSM (Máy trạng thái Mealy) . Với mỗi máy trạng thái Moore, có một máy trạng thái Mealy tương ứng. Do đó, tùy thuộc vào sự cần thiết mà chúng ta có thể sử dụng một trong số chúng.
Có một máy trạng thái bột như nhau cho mọi máy trạng thái Moore. Do đó, dựa trên sự cần thiết, chúng tôi có thể sử dụng một trong số họ.
Ứng dụng máy trạng thái hữu hạn
Các ứng dụng máy trạng thái hữu hạn chủ yếu bao gồm những điều sau đây.
FSM được sử dụng trong các trò chơi mà chúng được công nhận là được sử dụng nhiều nhất trong trí tuệ nhân tạo và tuy nhiên, chúng cũng thường xuyên thực hiện điều hướng phân tích văn bản, xử lý đầu vào của khách hàng, cũng như các giao thức mạng.
Chúng bị hạn chế về sức mạnh tính toán mà chúng có chất lượng tốt là tương đối đơn giản để nhận ra. Vì vậy, chúng thường được các nhà phát triển phần mềm cũng như các nhà thiết kế hệ thống sử dụng để tóm tắt hiệu suất của một hệ thống khó.
Máy trạng thái hữu hạn được áp dụng trong máy bán hàng tự động, trò chơi điện tử, đèn giao thông, bộ điều khiển trong CPU, phân tích cú pháp văn bản, phân tích giao thức, nhận dạng giọng nói , xử lý ngôn ngữ, v.v.
Ưu điểm của Máy trạng thái hữu hạn
Các ưu điểm của Máy trạng thái hữu hạn bao gồm những điều sau đây.
- Máy trạng thái hữu hạn linh hoạt
- Dễ dàng chuyển từ phần tóm tắt quan trọng sang phần thực thi mã
- Chi phí bộ xử lý thấp
- Dễ dàng xác định khả năng tiếp cận của một trạng thái
Nhược điểm của Máy trạng thái hữu hạn
Các nhược điểm của máy trạng thái hữu hạn bao gồm những thứ sau
- Đặc tính mong đợi của máy trạng thái hữu hạn xác định có thể không cần thiết trong một số lĩnh vực như trò chơi máy tính
- Việc triển khai các hệ thống khổng lồ sử dụng FSM rất khó quản lý nếu không có bất kỳ ý tưởng thiết kế nào.
- Không áp dụng cho tất cả các miền
- Thứ tự chuyển đổi trạng thái là không linh hoạt.
Vì vậy, đây là tất cả về máy trạng thái hữu hạn . Từ thông tin trên cuối cùng, chúng ta có thể kết luận rằng các mạch tuần tự đồng bộ ảnh hưởng đến trạng thái của chúng đối với mỗi chuyển đổi tích cực hoặc tiêu cực của tín hiệu CLK tùy thuộc vào đầu vào. Vì vậy, hành vi này có thể được biểu thị dưới dạng đồ thị được gọi là biểu đồ trạng thái. Một tên khác của mạch tuần tự đồng bộ là FSM (máy trạng thái hữu hạn). Đây là một câu hỏi dành cho bạn, thuộc tính của FSM ?
