O máquinas de estado finito (FSMs) são importantes para entender a lógica de tomada de decisão, bem como controlar os sistemas digitais. No FSM, as saídas, assim como o próximo estado, são um estado presente e a função de entrada. Isso significa que a seleção do próximo estado depende principalmente do valor de entrada e da força que leva a um desempenho de sistema mais composto. Como na lógica sequencial, exigimos o histórico de entradas anteriores para decidir a saída. Portanto, o FSM se mostra muito cooperativo na compreensão dos papéis lógicos sequenciais. Basicamente, existem dois métodos para organizar um projeto lógico sequencial ou seja, máquina mealy, bem como mais máquina. Este artigo discute a teoria e implementação de uma máquina de estado finito ou FSM, tipos, exemplos de máquina de estado finito , vantagens e desvantagens.
O que é um FSM (Finite State Machine)?
O definição de uma máquina de estado finito é , o termo máquina de estado finito (FSM) também é conhecido como estado finito automação . FSM é um modelo de cálculo que pode ser executado com a ajuda de hardware ou software. Isso é usado para criar lógica sequencial, bem como alguns programas de computador. Os FSMs são usados para resolver problemas em áreas como matemática, jogos, linguística e inteligência artificial. Em um sistema onde entradas específicas podem causar mudanças específicas no estado que podem ser significadas com a ajuda de FSMs.
Máquina de estados finitos
Esta diagrama de máquina de estado finito explica as várias condições de uma catraca. Sempre que colocar uma moeda em uma catraca irá desaferrolá-la e, após a catraca ser pressionada, ela trava o ganho. Colocar uma moeda em uma catraca sem ferrolho, caso contrário, pressionar contra uma catraca parafusada não alterará seu estado.
Tipos de máquina de estado finito
As máquinas de estado finito são classificadas em dois tipos, como Máquina de estado Mealy e Máquina de estado de Moore .
Mealy State Machine
Quando as saídas dependem das entradas atuais e também dos estados, o FSM pode ser denominado como uma máquina de estado mealy. O diagrama a seguir é o diagrama de bloco da máquina de estado mealy . O diagrama de blocos da máquina de estado mealy consiste em duas partes, a saber lógica combinacional bem como memória. A memória na máquina pode ser usada para fornecer algumas das saídas anteriores como entradas lógicas combinacionais.
Diagrama de blocos da máquina de estado de Mealy
Com base nas entradas atuais, bem como nos estados, esta máquina pode produzir saídas. Assim, as saídas podem ser adequadas apenas em positivo, caso contrário, negativo do sinal CLK. O diagrama de estado da máquina de estado mealy é mostrado abaixo.
Diagrama de estado da máquina de estado de Mealy
O diagrama de estado da máquina de estado mealy inclui principalmente três estados, a saber, A, B e C. Esses três estados são marcados dentro dos círculos, assim como cada círculo se comunica com um estado. As conversões entre esses três estados são representadas por linhas direcionadas. No diagrama acima, as entradas e saídas são indicadas com 0/0, 1/0 e 1/1. Com base no valor de entrada, existem duas conversões de cada estado.
Geralmente, a quantidade de estados exigidos na máquina mealy é inferior ou equivalente ao número de estados exigidos na máquina de estados de Moore. Há uma máquina de estado de Moore igual para cada máquina de estado de Mealy. Como resultado, com base na necessidade, podemos empregar um deles.
Moore State Machine
Quando as saídas dependem dos estados atuais, o FSM pode ser nomeado como Máquina de estado de Moore . O Diagrama de blocos da máquina de estado de Moore é mostrado abaixo. O diagrama de blocos da máquina de estados de Moore consiste em duas partes, a saber, lógica combinacional e memória.
Diagrama de blocos da máquina de estado de Moore
Nesse caso, as entradas atuais, assim como os estados atuais, decidirão os próximos estados. Assim, dependendo de outros estados, esta máquina irá gerar as saídas. Portanto, as saídas disso serão aplicáveis simplesmente após a conversão do estado.
O Diagrama de estado da máquina de estado de Moore é mostrado abaixo. No estado acima, o diagrama inclui quatro estados como uma máquina de estado mealy, a saber, A, B, C e D. os quatro estados, bem como as saídas individuais, são colocados nos círculos.
Diagrama de estado da máquina de estado de Moore
Na figura acima, existem quatro estados, a saber, A, B, C e D. Esses estados e as respectivas saídas são rotulados dentro dos círculos. Aqui, simplesmente o valor da entrada é marcado em cada conversão. Na figura acima inclui duas conversões de cada estado, dependendo do valor de entrada.
Geralmente, a quantidade de estados necessários nesta máquina é maior do que o equivalente ao número necessário de estados na máquina de estado mealy
Geralmente, o número de estados necessários nesta máquina é mais do que o equivalente aos estados exigidos em MSM (máquina de estado Mealy) . Para cada máquina de estado de Moore, há uma máquina de estado de Mealy correspondente. Conseqüentemente, dependendo da necessidade, podemos utilizar um deles.
Há uma máquina de estado mealy igual para cada máquina de estado de Moore. Como resultado, com base na necessidade, podemos empregar um deles.
Aplicações de máquinas de estados finitos
O aplicativos de máquina de estado finito incluem principalmente o seguinte.
FSMs são usados em jogos em que são mais reconhecidos por serem utilizados em inteligência artificial e, no entanto, também são frequentes em execuções de texto de análise de navegação, manipulação de entrada do cliente, bem como protocolos de rede.
Eles são restritos em poder computacional e têm a boa qualidade de serem comparativamente simples de reconhecer. Portanto, eles são freqüentemente usados por desenvolvedores de software, bem como designers de sistema, para resumir o desempenho de um sistema difícil.
As máquinas de estado finito são aplicáveis em máquinas de venda automática, videogames, semáforos, controladores na CPU, análise de texto, análise de protocolo, reconhecimento de fala , processamento de linguagem, etc.
Vantagens da máquina de estados finitos
O vantagens da máquina de estados finitos inclui o seguinte.
- Máquinas de estado finito são flexíveis
- Fácil de passar de um abstrato significativo para uma execução de código
- Baixa sobrecarga do processador
- Fácil determinação da acessibilidade de um estado
Desvantagens da Máquina de Estados Finitos
O desvantagens da máquina de estado finito inclui o seguinte
- O caráter esperado de máquinas de estado finito determinísticas pode não ser necessário em algumas áreas, como jogos de computador
- A implementação de sistemas enormes usando FSM é difícil de gerenciar sem qualquer ideia de design.
- Não aplicável a todos os domínios
- As ordens de conversão de estado são inflexíveis.
Portanto, isso é tudo sobre máquinas de estado finito . A partir das informações acima, finalmente, podemos concluir que os circuitos sequenciais síncronos afetam seus estados para cada conversão positiva de outra forma negativa do sinal CLK dependendo da entrada. Portanto, esse comportamento pode ser representado na forma de gráfico, conhecido como diagrama de estados. Outro nome de um circuito sequencial síncrono é FSM (máquina de estado finito). Aqui está uma pergunta para você, quais são os propriedades de FSM ?
