状态机实例-寄存器拷贝

      在计算机系统中,有大量的寄存器,用来保存运行过程中的数据。如果要交换两个寄存器的内容,则通常会使用第三个寄存器为临时寄存器的方法。比如,假设要交换寄存器R1,R2的内容,可以先将R2的内容传递到第三个寄存器R3,然后将R1的内容传到R2,最后将R3的内从传递到R1。

      计算机系统的存储器通常是通过下图所示的内部网络互联的。除了与网络互联的信号线,每个寄存器还有两个控制信号,Rkout和Rkin。Rkout使得寄存器Rk的内容传输至互联网络,Rkin信号使得互联网络上的数据传输至寄存器Rk。Rkout和Rkin通过有限状态机控制电路产生。在下图电路中,我们设计当w=1时候,交换寄存器R1和R2的内容,数据交换完成时候输出Done信号。Clock是时钟信号。

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      数据转换过程如下步骤:控制信号R2out=1,R3in=1, R2的内容传到到R3,然后R1out=1,R2in=1,R1的内容传输到R2,最后,R3out=1,R1in=1,R3的内容传输到R1,完成两个寄存器内容交换,交换完成后,设置信号Done=1。假设交换的初始条件是产生一个时钟周期的脉冲信号,则时序电路状态图如下。

      初始状态A中,没有信号传输,所有的输出信号为0,电路一直保持该状态,直到w变为1产生交换请求。在状态B中,执行R2的内容传输到R3中的请求信号生效,数据在下一个时钟有效沿传送至R3。不管w为0或者1,在这个时钟沿也使得状态进入C。在状态C中,执行R1的内容传输到R2中的请求信号生效,数据在下一个时钟有效沿传送至R2。不管w为0或者1,在这个时钟沿也使得状态进入D。在状态D中,执行R3的内容传输到R1中的请求信号生效,数据在下一个时钟有效沿传送至R1。不管w为0或者1,在这个时钟沿也使得状态进入A。


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      由于有4个状态,所以需要2个状态变量y1,y2,最直接的分配是将状态A,B,C,D分别分配为y2y1=00,01,10,11。下面的是该电路的状态表


现在状态 下一状态 输出
w=0 w=1 R1out R1in R2out R2in R3out R3in Done
A A B 0 0 0 0 0 0 0
B C C 0 0 1 0 0 1 0
C D D 1 0 0 1 0 0 0
D A A 0 1 0 0 1 0 1


现在状态 下一状态 输出
w=0 w=1
y2y1 Y2Y1 Y2Y1 R1out R1in R2out R2in R3out R3in Done
A 00 00 01 0 0 0 0 0 0 0
B 01 10 10 0 0 1 0 0 1 0
C 10 11 11 1 0 0 1 0 0 0
D 11 00 00 0 1 0 0 1 0 1


Y1 Y1=w~y1+y2~y1
w/y2y1 00 01 11 10
0 0 0 0 1
1 1 0 0 1
Y2 Y2=~y2y1+y2~y1
w/y2y1 00 01 11 10
0 0 1 0 1
1 0 1 0 1

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根据这些状态表,我们可以得到如下的输出表达式:

Y1=w~y1+y2~y1

Y2=~y2y1+y2~y1

R2out=R3in=~y2y1

R1out=R2in=y2~y1

R1in=R3out=Done=y2y1










































































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