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有限状态机介绍

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有限状态机

有限状态机

1.1概述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。

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。

状态机特别适合描述那些发生有先后顺序或者有逻辑规律的事情，其实这就是状态机的本质。

状态机就是对具有逻辑顺序或时序规律的事件进行描述的一种方法在实际的应用中根据状态机的输出是否与输入条件相关，可将状态机分为两大类，即摩尔(Moore) 型状态机和米勒(Mealy) 型状态机。

Mealy型状态转移图1.2状态机的描述方法状态机的描述方法多种多样，将整个状态机写到１个always 模块里，在该模块中既描述状态转移，又描述状态的输入和输出，这种写法一般被称为一段式FSM 描述方法；还有一种写法是使用两个always 模块，其中一个always 模块采用同步时序的方式描述状态转移，而另一个模块采用组合逻辑的方式判断状态转移条件，描述状态转移规律，这种写法被称为两段式FSM 描述方法；还有一种写法是在两段式描述方法的基础上发展而来的，这种写法使用3 个always模块，一个always 模块采用同步时序的方式描述状态转移，一个采用组合逻辑的方式判断状态转移条件，描述状态转移规律，第三个always 模块使用同步时序电路描述每个状态的输出，这种写法称为三段式写法。

1.3 FSM的状态编码二进制码（Binary）和格雷码（Gray）属于压缩状态编码，这种编码的优点是使用的状态向量最少，但是需要较多的逻辑资源用来状态译码。

二进制码从一个状态转换到相邻状态时，可能有多个比特位发生变化，易产生中间状态转移问题，状态机的速度也要比采用其它编码方式慢。

格雷码两个相邻的码值仅有一位就可区分，这将会减少电路中相邻物理信号线同时变化的情况，因而可以减少电路中的电噪声。

Johnson码也有同样的特点，但是要用较多的位数。

独热码（One-hot）指对任意给定的状态，状态寄存器中只有l位为1，其余位都为0。

实验3有限状态机

实验3有限状态机

对收集到的数据进行深入分析，以了解有限状态机的表现和优缺点。例如，我们可以分析不同输入下有限状态机的响 应时间、内存占用情况等，以便更好地理解其性能特点。
结果评估
根据实验目标和数据分析结果，对实现的有限状态机进行评估。评估指标可以包括功能完整性、性能效 率、可扩展性等。通过评估，我们可以了解实现的效果如何，以及需要改进的地方。
与流程图的区别
流程图描述的是一系列的决策和转移， 而有限状态机强调的是系统的状态和 状态之间的转换。
与数据结构模型的区别
与模拟器的区别
模拟器用于模拟系统的行为，而有限 状态机是一种用于描述系统行为的计 算模型。
有限状态机不仅关注数据结构，更关 注状态之间的转移逻辑和行为。
02 有限状态机的实现方式
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
不足
在实验过程中，我们发现自己在有限状态机的设计和实现上还存在一些不足之处。例如，在状态转移逻辑的设计 上，我们有时会忽略一些重要的状态转移条件，导致程序运行结果不正确。此外，在代码实现方面，我们也存在 一些语法错误和逻辑错误，需要进一步加强代码审查和测试。
对未来研究的建议与展望
要点一
建议
为了进一步提高有限状态机的应用效果和性能，我们建议 在未来的研究中，可以从以下几个方面进行改进。首先， 深入研究有限状态机的设计方法和技巧，提高状态转移逻 辑的准确性和可靠性。其次，加强有限状态机的测试和验 证，及时发现和修复程序中的错误和问题。最后，探索有 限状态机在其他领域的应用，如人工智能、游戏开发等。
04 实验结果与讨论
结果展示
状态转移图
根据实验数据，绘制了有限状态机的状态转移图， 清晰地展示了各个状态之间的转移关系。
有限状态机

有限状态机

综合
可综合的设计中应注意
不使用初始化语句；不使用带有延时的描述； 不使用循环次数不确定的循环语句。
应尽量采用同步方式设计电路。
用always过程块描述组合逻辑，应在敏感 信号列表中列出块中出现的所有输入信号。
基于状态机的设计要点
3．状态编码的定义
在Verilog语言中，有两种方式可用于定义状态编码，分别用
parameter和'define语句实现，比如要为state0、state1、state2
、state3四个状态定义码字为：00、01、11、10，可采用下面
两种方式。
方式1：用parameter参数定义
采用一个always模块描述,状态编码用二进制编码：
• module fsm(clk,ina,out); input clk,ina; output out; reg out; parameter s0 = 3'b00,s1 =3'b01,s2 =3'b10,s3=3'b11; reg[0:1]state; always @ (posedge clk) begin state<=s0;out =0; case(state) s0: begin state<=(ina)?s1:s0;out=0; end s1:begin state<=(ina)?s2:s0;out=0; end s2:begin state<=(ina)?s3:s0;out=0; end s3:begin state<=(ina)?s3:s0;out=1; end endcase end endmodule
1、有限状态机
有限状态机的设计
什么是有限状态机（ FSM ） FSM的种类和不同点 设计举例
有限状态机(ASM)(FSM)

有限状态机(ASM)(FSM)


cout<='X';
end case; end process change_state_mode; end rtl;
when s2=>nextstate<=s3;
y<="011"; cout<='0';
二、设计一个串行数据检测器
要求：当输入连续3个或3个以上1时，
输出才为1，否则输出为0。
分析：1、逻辑抽象，得出状态转换图或状态转换表 2、根据状态转换图编写VHDL程序
BEGIN
CASE current_state IS
WHEN s0=> IF x='0' THEN
WHEN s2=> IF x='0' THEN
next_state<=s0; y<='0'; ELSE next_state<=s3;
next_state<=s0;
ELSE next_state<=s1; END IF; y<='0';
Present state Next state y2y1y0 y2y1y0
S0: 000 S1: 001 S2: 010 S3: 011 S4: 100 000 001 010 011 100 000 001
Output cout
0 0 0 0 1 0
Figure 4.2 State-assigned table
y<='0';
END IF; WHEN OTHERS=>NULL; END CASE; END process changestatemode;
有限状态自动机

有限状态自动机

正则表达式
有限状态自动机是正则表达式处理的基础，用于匹配字符串中的特 定模式。
05
有限状态自动机的优缺点
优点
简单易理解
有限状态自动机是一种简单直观的模型，其结构和行为都 可以很容易地理解和描述。
01
高效处理
由于其有限的状态集合，有限状态自动 机在处理某些类型的问题时非常高效。
02
03
可预测性
有限状态自动机的行为是确定性的， 也就是说，给定相同的输入，有限状 态自动机将始终产生相同的结果。
研究方向
并发有限状态自动机
研究并发有限状态自动机的理论、性 质和算法，以及它们在并发系统中的
应用。
模糊有限状态自动机
研究模糊有限状态自动机的理论、性 质和算法，以及它们在模糊系统和模
糊控制中的应用。
概率有限状态自动机
研究概率有限状态自动机的理论、性 质和算法，以及它们在随机系统和不 确定性处理中的应用。
03 FPGA实现
使用现场可编程门阵列（FPGA）实现有限状态自 动机，通过配置逻辑门实现状态转移。
软件实现
01 编程语言实现
使用高级编程语言（如Python、Java、C）编写 有限状态自动机的程序，通过编程语言语法实现 状态转移。
02 脚本语言实现
使用脚本语言（如Shell脚本、Python脚本）编写 有限状态自动机的程序，通过脚本语言执行状态 转移。
缺点
适用范围有限
01
有限状态自动机在处理复杂问题时可能会遇到困难，因为这些
问题可能需要无限的或连续的状态。
缺乏灵活性
02
由于其有限的状态集合，有限状态自动机在处理某些问题时可
能不够灵活。
无法处理非确定性问题
有限状态机及其扩展

有限状态机及其扩展

刻符j)， j有Q。限，在状那这态么里机下规处一定于时q某刻=一将状处(q态于，q一i)个Q；确，定并的接状收态一q个 =输入(字qi， ④ q0 Q是初始状态，有限状态机由此状态开始接收输入； ⑤ F Q是终结状态集合，有限状态机在达到终结态后不
再接收输入。
6
（1） 基本概念
：字母表 字符串：字母表上的字符组成的有限序列（为空串） 语言：字母表上的字符串的集合
A
A 1
C
2
B
3
A
4
B,C
终结状态
身份认证系统 （合法身份：ABA） accepting state
状态集合Q = {1, 2, 3, 4} ； 初始状态 q0 = 1； 终结状态集合 F = {4}； 输入集合 = {A, B, C} 状态转移关系集合 (1,A)=2；(1,B)=1；(1,C) =1；(2,A)=2；(2,B)=3；
前
后
缓
缓
冲
冲
区
区
状态集合Q = {closed, open}；初始状态 q0 = closed； 输入集合 = {front, rear, both, neither}
状态转移关系集合 (closed, rear) =closed；(closed,both)=closed； (closed, neither)=closed；(closed,front)=open； (open, rear) = open； (open,both) =open； (open, front) = open；(open, neither) = closed
closed：闭合状态； open：打开状态；front：前缓冲区有顾客；rear：后缓冲区有顾客； both = front rear：前、后缓冲区都有顾客； neither = front rear：前、后缓冲区都无顾客
FSM

FSM


有限状态机 - 31
谢谢
有限状态机 - 32
• 有的只有当某个输入条件存在时才能转移到相应的状态
有限状态机 - 5
状态机的类型
分类依据：输出是否与输入条件直接相关 状态机分为两大类：
– Moore状态机：摩尔状态机的输出仅仅依赖于当前状态，而与输入条 件无关。
– Mealy状态机：米勒型状态机的输出不仅依赖于当前状态，而且取决 于该状态的输入条件。
Verilog语言：
有限状态机 - 12
（一）状态变量的定义
注意：
– 状态的定义用 parameter 定义，不推荐使用`define 宏定义的方式 • 因为‘define 宏定义在编译时自动替换整个设计中所定义的 宏，而parameter 仅仅定义模块内部的参数，定义的参数不会 与模块外的其他状态机混淆。
混合状态机：
– 结合各自的特点。
有限状态机 - 10
状态机的HDL级实现
RTL 级FSM 的评判标准
– 安全，稳定性高 – 速度快，满足设计的频率要求 – FSM 设计要清晰易懂、易维护
– 面积小，满足设计的面积要求（*ASIC）
有限状态机 - 11
（一）状态变量的定义
VHDL语言：
//第二个进程，组合逻辑always模块，描述状态转移条件判断 always @ (current_state) begin //电平触发
next_state = x; //要初始化，使得系统复位后能进入正确的状态
case(current_state) S1: if(...) next_state = S2; ... endcase end
2段式状态机（cont.）
2. 状态跳转always模块（组合逻辑）：
数字集成电路：有限状态机

数字集成电路：有限状态机

有限状态机主讲人：姜小波本章目录有限状态机（FSM）概述•有限状态机（Finite State Machine，FSM）的定义一个时序逻辑单元●有限状态机个时序逻辑单元✓取一个输入和一个现态✓生成输出和一个新的状态它被称为有限状态机，因为它至少有有限数量个状态。

它由组合逻辑单元和触发器组成，以使其能保持状态信息态信息。

可用状态转移表来表示现态、输入、输出和下一个状态。

●有限状态机的表达方式可用状态转移表来表示现态、输入、输出和下个状态。

InputCurrenInput 0 Input 1 …. Input nt State State 0State Next State / Output …. Next State / Output …. …. …. 1….State n …. …. …. …. …. ….状态转移表●有限状态机的表达方式也可以用状态转移图来表示与状态转移表一样的信息。

Input / OutputState0State1Input / Output状态转移图•状态机的本质对具有逻辑顺序和时序规律事件的对具有“”和“”事件的一种描述方法。

•应用思路从状态变量入手，分析每个状态的输入，状态转移和输出，从而完成电路的功能。

转移输出从完成电路的功能首先明确电路的输出关系，这些输出相当于状态的输出，回溯规划每个状态和状态转移条件与状态输入。

•有限状态机的组成合逻辑组合逻辑组合逻辑又可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个中：次态逻辑的功能是用来确定有限状态机的下一个状态；输出逻辑是用来确定有限状态机的输出。

寄存器逻辑寄存器逻辑的功能：用来存储有限状态机的内部状态。

•状态机的基本要素状态：也叫状态变量。

在逻辑设计中，使用状态划分逻辑顺序和时序规律。

输出输出指在某个状态时特定发的事件 ：输出指在某一个状态时特定发生的事件。

输入：指状态机中进入每个状态的条件，有的状态机没有输入条件，其中的状态转移较为简状态机没有输入条件其中的状态转移较为简单，有的状态机有输入条件，当某个输入条件存在时才能转移到相应的状态。

有限状态机原理

有限状态机原理

有限状态机原理
有限状态机（Finite State Machine, FSM）是一种计算模型，用于描述系统或算法的行为。

它由一组有限个状态、一组可能的输入信号和一组定义状态转换规则的状态转换函数组成。

在任意时刻，FSM都处于一个特定的状态，等待输入信号触发状态转换。

有限状态机具有以下基本特点：
1. 状态：有限状态机有一组预定义的状态，每个状态表示系统或算法的一种行为或状态。

2. 输入信号：系统或算法接收一组可能的输入信号，每个输入信号可能触发状态的转换或执行某种操作。

3. 状态转换：有限状态机通过状态转换函数定义可能的状态转换规则，以及在特定输入信号下从一个状态转换到另一个状态的动作或操作。

4. 动作：状态转换可以伴随着执行特定的动作或操作，用于改变系统的状态或执行一些其他的操作。

有限状态机应用广泛，可以用于描述各种系统的行为，如计算机中的指令执行、网络通信协议、自动控制系统等。

它可以帮助开发者理清系统的行为逻辑，简化复杂系统的设计和实现。

有限状态机还可以通过组合、嵌套等方式进行组合和扩展，以应对更加复杂的问题。

有限状态机要点课件

有限状态机要点课件


输入与输出的关系
输入与输出之间的关系可以是简单或 复杂的。在有限状态机中，输入通常 触发状态转移和/或输出结果的变化 。例如，在密码锁有限状态机中，输 入正确的密码会导致有限状态机进入 “已解锁”状态并打开门，而输入错 误的密码会导致有限状态机进入“锁 定”状态并保持门关闭。
03
有限状态机的实现方式
移的结果。
03
状态图的示例
一个简单的状态图可能包括开机、关机、待机等状态，以及相应的转移
和输入/输出。
转移图
转移图的定义
转移图是描述有限状态机从一个 状态转移到另一个状态的图形表 示法。转移图通常由状态、转移
条件和转移结果组成。
转移图的组成
转移图中的每个节点代表一个状 态，边缘代表从一个状态转移到 另一个状态的条件和结果。转移 条件通常是输入信号或内部事件
案例三：密码锁的实现方式
总结词
密码锁的实现方式也可以用有限状态机来描述。
详细描述
密码锁通常有一个特定的密码，当输入密码时，锁会处 于不同的状态。例如，当输入的密码与正确的密码匹配 时，锁会打开；否则，锁会保持关闭状态。此外，密码 锁还可以处于锁定状态，此时无法输入密码，需要先解 锁才能输入密码。这些状态之间的转换对应于不同的操 作，例如输入密码、锁定/解锁等。
特点
有限状态机具有有限个状态，每个状态对应系统的一个特定配置或模式。它根 据输入符号或事件的触发，从当前状态转移到下一个状态。
有限状态机的应用场景
01
02
03
04
硬件设计
用于描述数字电路的行为和交 互，以及逻辑电路的功能。
软件工程
用于设计模式识别、文本处理 、协议解析等算法，以及实现
状态转移逻辑。
cola 状态机原理

cola 状态机原理

有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种计算模型，用于描述对象在不同状态之间的转换。

在有关"cola" 状态机的上下文中，我假设你正在谈论一种特定的状态机或编程模型。

以下是一种可能的状态机实现的简要描述：Cola状态机示例：考虑一个简单的有限状态机，用于描述“cola”饮料机的操作。

这个状态机有三个状态：待机状态（Idle）、选择状态（Selection）和出货状态（Dispensing）。

其中，用户可以选择三种饮料：可乐（Cola）、橙汁（Orange Juice）和水（Water）。

待机状态（Idle）：初始状态，等待用户选择。

用户可以选择饮料，触发状态转换到选择状态。

选择状态（Selection）：用户已经选择了一种饮料。

如果选择了可乐，状态机将进入出货状态并分配可乐。

如果选择了橙汁，状态机将进入出货状态并分配橙汁。

如果选择了水，状态机将进入出货状态并分配水。

出货状态（Dispensing）：状态机正在分配用户选择的饮料。

分配完成后，状态机将回到待机状态。

状态转换示例：1. 待机状态-> 用户选择了可乐-> 选择状态2. 选择状态-> 分配可乐-> 出货状态3. 出货状态-> 完成分配-> 待机状态这只是一个简单的示例，实际上，状态机可以更加复杂，包括更多的状态和更多的状态转换。

在软件开发中，有限状态机常用于描述对象的行为和状态之间的转换。

状态机的实现方式可以是基于条件语句、表格、图表或其他方式。

对于特定的"cola" 状态机，具体的实现方式可能会有所不同，具体取决于使用的编程语言和应用场景。

如果你有具体的"cola" 状态机或应用场景，请提供更多详细信息，以便提供更具体的帮助。

有限状态机算法

有限状态机算法引言有限状态机（Finite State Machine，简称FSM）是一种计算模型，它能够根据输入的符号序列在一系列预定义的状态之间进行转换。

有限状态机算法是一种基于有限状态机模型的算法，用于解决各种问题，如语法分析、编译器设计、自动控制等。

本文将对有限状态机算法进行全面、详细、完整且深入的探讨。

有限状态机的基本概念有限状态机由一组状态和状态之间的转移函数组成。

状态表示系统所处的某个特定状态，转移函数定义了状态之间的转换规则。

有限状态机根据输入符号序列和当前状态，通过执行转移函数来改变状态，并产生相应的输出。

有限状态机的分类有限状态机可以分为确定性有限状态机（Deterministic Finite State Machine，简称DFSM）和非确定性有限状态机（Nondeterministic Finite State Machine，简称NFSM）。

DFSM在任何给定时间只能处于一个状态，并且每个输入符号都有唯一的下一个状态。

NFSM在任何给定时间可以处于多个状态，并且每个输入符号可以有多个可能的下一个状态。

有限状态机的表示方法有限状态机可以通过状态转移图或状态转移表来表示。

状态转移图使用节点表示状态，使用边表示状态之间的转移。

状态转移表是一个二维表格，行表示当前状态，列表示输入符号，表格中的元素表示下一个状态。

以下是一个简单的状态转移图示例：+---a---+| |V |(A)---b-->(B)| ^c || |+-------+有限状态机的应用有限状态机算法在许多领域都有广泛的应用。

下面列举了一些常见的应用场景：1. 语法分析在编译器设计中，有限状态机算法用于解析和分析源代码的语法结构。

通过定义一系列的状态和转移规则，可以将输入的源代码转换为语法树或执行代码。

2. 自动控制有限状态机算法在自动控制系统中起着重要的作用。

例如，交通信号灯控制系统可以使用有限状态机来确定不同状态下的信号灯颜色和转换规则。

状态机 数据结构

状态机数据结构状态机是一种用于描述系统状态和状态之间转换关系的数学模型。

它在计算机科学和工程领域有着广泛的应用。

本文将介绍状态机的基本概念、应用场景以及一些常用的状态机数据结构。

一、基本概念状态机是由一组状态和一组状态转换规则组成的。

状态表示系统的某种特定情况或条件，而状态转换规则描述了系统在不同状态下的行为。

状态机可以分为有限状态机（FSM）和无限状态机（ISM）两种类型。

1. 有限状态机（FSM）有限状态机是指状态的数量是有限的。

它包含一个初始状态和一组终止状态，以及一组状态转换规则。

当系统执行某个操作或接收到某个输入时，根据当前状态和输入，状态机会根据事先定义好的转换规则进行状态的转换。

2. 无限状态机（ISM）无限状态机是指状态的数量是无限的。

它通常用于描述具有连续状态的系统，如物理系统或网络协议等。

无限状态机通常通过微分方程或差分方程来描述状态之间的转换关系。

二、应用场景状态机在计算机科学和工程领域有着广泛的应用。

下面是一些常见的应用场景：1. 系统建模和设计：状态机可以帮助开发人员对系统行为和状态进行建模和设计。

它可以帮助开发人员更好地理解和分析系统的行为，并提供指导性的设计原则。

2. 编译器和解释器：状态机可以用于编译器和解释器中的词法分析和语法分析阶段。

通过定义适当的状态和状态转换规则，可以有效地分析和识别输入的代码片段。

3. 协议分析和验证：状态机可以用于描述和验证网络协议的行为。

通过定义协议的状态和状态转换规则，可以分析和验证协议的正确性和安全性。

4. 控制系统和自动化：状态机可以用于描述和控制各种自动化系统，如工业控制系统、机器人控制系统等。

通过定义系统的状态和状态转换规则，可以实现对系统行为的控制和调度。

三、常用的状态机数据结构在实际应用中，为了方便描述和实现状态机，常常使用一些特定的数据结构来表示状态和状态转换规则。

下面是一些常用的状态机数据结构：1. 状态表：状态表是一个二维表格，其中每一行表示一个状态，每一列表示一个输入。

有限状态机应用


传输层协议
传输层协议
有限状态机在传输层协议中用于管理 端到端的数据传输。有限状态机能够 处理连接建立、数据传输和连接关闭 等过程，并提供可靠的数据传输服务 。
总结词
有限状态机在传输层协议中提供可靠 的数据传输服务，确保端到端通信的 稳定性和可靠性。
详细描述
在传输层协议中，有限状态机用于管 理端到端的数据传输。有限状态机能 够处理连接建立、数据传输和连接关 闭等过程，并提供可靠的数据传输服 务。通过状态转换，有限状态机能够 识别不同的通信事件并根据需要采取 相应的处理措施，确保数据传输的稳 定性和可靠性。这有助于提高通信系 统的性能和可靠性。
02
特性
有限状态机具有有限数量的状态，并且每个状态 都有一个或多个转移条件，触发状态之间的转换。
状态机的组成
状态
表示系统的一种状态，每 个状态都有一个唯一的标 识符。
动作
在状态机转换过程中执行 的操作，可以是系统的行 为或输出。
事件
表示系统状态的转移条件， 事件的发生会导致状态机 的状态转换。
状态机的分类
微处理器控制
微处理器的控制逻辑通常使用有限 状态机来实现，以管理内部操作和与 外部世界的交互。
VS
微处理器的指令执行、内存访问和输 入/输出操作都由有限状态机控制。 这些状态机管理微处理器的内部状态， 并根据指令和数据在各种状态之间进 行转换。例如，指令解码器就是一个 有限状态机的例子，它根据当前的指 令码状态来选择下一个状态和要执行 的指令。
01
网络层
在网络层中，有限状态机用于描述路由 器的状态转换，如TCP/IP协议中的TCP 连接状态机。
02
03
传输层
传输层中的有限状态机用于实现可靠 的数据传输，如TCP协议中的发送和接 收状态机。

一般有限状态机的组成

一般有限状态机的组成
一般有限状态机由以下几个组成部分组成：
1. 状态(State)：有限状态机包含一个状态集合，每个状态代表
系统的一个特定状态或条件。

2. 输入(Input)：有限状态机接受一系列输入信号，这些输入信
号触发状态转换。

3. 输出(Output)：有限状态机根据当前状态和输入，可能会产
生输出信号。

4. 状态转换规则(Transition rule)：有限状态机定义了状态之间
的转换规则，这些规则指定了在给定输入条件下如何从一个状态转换到另一个状态。

5. 初始状态(Initial state)：有限状态机在开始时处于初始状态。

6. 终止状态(Terminal state)：有限状态机可能有一个或多个终
止状态，在达到终止状态时，有限状态机停止运行。

7. 常见的有限状态机还可以包含以下特殊类型的状态：超限状态、没有默认转换状态、自环状态等。

这些组成部分共同定义了有限状态机的行为，它们用于描述系统的状态变化及相应的动作。

同步有限状态机的描述

同步有限状态机的描述1.引言1.1 概述在同步有限状态机的描述中，概述部分需要对同步有限状态机的基本概念和特点进行简要介绍。

同步有限状态机是一种数学模型，用于描述和分析系统中的各种行为和状态转换。

它由一组状态、一组输入符号、一组输出符号和一组状态转换规则组成。

同步有限状态机具有以下几个特点：1. 有限状态：同步有限状态机具有有限的状态集合，每个状态之间可以通过输入符号进行转换。

2. 输入输出：同步有限状态机接收一系列输入符号，并产生对应的输出符号。

输入符号可以触发状态转换，而输出符号则是状态转换的结果。

3. 状态转换规则：同步有限状态机的状态转换由一组状态转换规则定义。

每个规则表示在某个状态下接收到某个输入符号时，状态机应该如何进行状态转换。

4. 同步性：同步有限状态机对输入符号的处理是同步的，即每个输入符号都在同一时刻被处理。

这意味着同步有限状态机的状态转换是基于当前状态和输入符号的组合决定的。

同步有限状态机的描述方法有多种，其中常用的有状态转换图和状态转换表两种形式。

状态转换图使用节点表示状态，使用有向边表示状态转换，并在边上标记输入符号和输出符号。

状态转换表则使用表格形式列出每个状态对应的输入符号和输出符号，以及相应的下一个状态。

通过对同步有限状态机的描述，我们可以深入理解系统的行为和状态之间的关系，从而为系统设计、分析和优化提供基础。

同步有限状态机在计算机科学、电子工程、自动控制等领域都有广泛的应用前景。

在接下来的内容中，我们将详细介绍同步有限状态机的定义、描述方法以及其在实际应用中的潜力。

1.2文章结构文章结构部分是用来介绍整篇文章的组织结构和各个章节的内容安排。

在本文中，文章的结构如下所示：【1.2 文章结构】本文主要分为以下几个部分：1. 引言：介绍同步有限状态机的概述、文章结构和目的。

2. 正文：分为两个部分，分别介绍同步有限状态机的定义和特点，以及同步有限状态机的描述方法。

3. 结论：总结同步有限状态机的描述方法，并展望同步有限状态机的应用前景。

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2020/8/17
通信软件设计
第8页
基本概念
在描述有限状态机时，常会碰到的几个基本概念：
状态（State） 指的是对象在其生命周期中的一种状况，处于 某个特定状态中的对象必然会满足某些条件、执行某些动作或 者是等待某些事件。
事件（Event） 指的是在时间和空间上占有一定位置，并且对 状态机来讲是有意义的那些事情。事件通常会引起状态的变迁， 促使状态机从一种状态切换到另一种状态。
2020/8/17
通信软件设计
第12页
为什么使用有限状态机
游戏引擎是有限状态机最为成功的应用领域之一，由于设计良好的状 态机能够被用来取代部分的人工智能算法，因此游戏中的每个角色或 者器件都有可能内嵌一个状态机。
考虑RPG（ Role-playing Game）游戏中城门这样一个简单的对象，它 具有打开（Opened）、关闭（Closed）、上锁（Locked）、解锁 （Unlocked）四种状态。当玩家到达一个处于状态Locked的门时，如 果此时他已经找到了用来开门的钥匙，那么他就可以利用它将门的当 前状态转变为Unlocked，进一步还可以通过旋转门上的把手将其状态 转变为Opened，从而成功进入城内。
2020/8/17
通信软件设计
第13页
控制城门的状态机
2020/8/17
第14页
主要内容
1. 有限状态机的基本概念 2. 有限状态机编程方法
2020/8/17
通信软件设计
2020/8/17
通信软件设计
第9页
有限状态机模型
通信协议建模 基本出发点：认为通信协议主要是由响应多个“事件”的相对 简单的处理过程组成。 状态转移图
优点：简单明了，比较精确。 缺点：对许多复杂的协议，事件数和状态数会剧增，处理困难。
2020/8/17
第10页
为什么使用有限状态机
在面向对象的软件系统中，一个对象无论多么简单或者多么复杂，都 必然会经历一个从开始创建到最终消亡的完整过程，这通常被称为对 象的生命周期。
并不是所有情况都会如此简单，事实上许多实用的软件系统都必须维 护一两个非常关键的对象，它们通常具有非常复杂的状态转换关系， 而且需要对来自外部的各种事件进行响应。
例如，在VoIP电话系统（找状态图）中，电话类（Telephone）的实例 必须能够响应来自对方的随机呼叫，来自用户的按键事件，以及来自 网络的信令等。在处理这些消息时，类Telephone所要采取的行为完全 依赖于它当前所处的状态，此时使用状态机将是一个不错的选择。
对象在其生命期内是不可能完全孤立的，它必须通过发送消息来影响 其它对象，或者通过接受消息来改变自身。
2020/8/17
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为什么使用有限状态机
在银行客户管理系统中，客户类（Customer）的实例在需要的时候， 可能会调用帐户（Account）类中定义的getBalance()方法。在这种简 单的情况下，类Customer并不需要一个有限状态机来描述自己的行为， 主要原因在于它当前的行为并不依赖于过去的某个状态。
另一类售价50元。 如果该贩卖机只能辨识10元及50元硬币。 一 开始机器处于Hello的状态，当投入10元时，机器会进入余额不足 的状态，直到投入的金额大于20元为止。 如果一次投入50元，则 可以选择所有的产品，否则就只能选择20元的产品。 完成选择后， 将会卖出商品并且找回剩余的零钱，随后，机器又将返回初始的状 态。 其FSM如下。
有限状态机
有限状态机FSM思想广泛应用于硬件控制电路设计，也 是软件上常用的一种处理方法(软件上称为FMM--有限 消息机)。它把复杂的控制逻辑分解成有限个稳定状态， 在每个状态上判断事件，变连续处理为离散数字处理， 符合计算机的工作特点。
同时，因为有限状态机具有有限个状态，所以可以在实 际的工程上实现。但这并不意味着其只能进行有限次的 处理，相反，有限状态机是闭环系统，有限无穷，可以 用有限的状态，处理无穷的事务。
有限状态机的作用主要是描述对象在它的生命周期内所 经历的状态序列，以及如何响应来自外界的各种事件。
在现实中，有许多事情可以用有限个状态来表达，如: 红绿灯、电话机等等。 其实，在资讯领域中，很多事情 都是由有限的状态所组成，再由于不同的输入而衍生出 各个状态。
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通信软件设计
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有限状态机—例1
红绿灯 红绿灯运作的原理相当简单，从一开始绿灯，经过一段时间后，
将变为黄灯， 再隔一会儿，就会变成红灯，如此不断反覆。 其 FSM如下。
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有限状态机—例2
自动贩售机 假设有简单的一自动贩卖机贩售两类商品，一类售价20元，
有限状态机
主要内容
1. 有限状态机的基本概念 2. 有限状态机件设计
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状态机的引入
状态机理论最初的发展在数字电路设计领域。 在数字电路方面，根据输出是否与输入信号有关，状
态机可以划分为Mealy型和Moore型状态机。 Moore 型状态机的输出只和当前状态有关，和输入无关。 Mealy型状态机的输入是由当前状态和输入共同决定。 而在软件设计领域，状态机的理论俨然已经自成一体， 它经常用来描述一些复杂的算法，表明一些算法的内 部的结构和流程，更多的关注于程序对象的执行顺序。
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静态顺序结构 动态结构
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有限状态机
有限自动机（Finite Automata Machine）是计算机科学 的重要基石，它在软件开发领域内通常被称作有限状态 机（Finite State Machine），是一种应用非常广泛的软 件设计模式。
转换（Transition） 指的是两个状态之间的一种关系，表明对 象将在第一个状态中执行一定的动作，并将在某个事件发生同 时某个特定条件满足时进入第二个状态。
动作（Action） 指的是状态机中可以执行的那些原子操作， 所谓原子操作指的是它们在运行的过程中不能被其他消息所中 断，必须一直执行下去。