状态机

复习

　　累加器能保存“算到了多少”，但要自动完成一串操作，机器还要记住“走到了哪一步”。

　　例如乘法器需要反复执行：检查乘数当前位、决定是否累加、移动数据、判断是否结束。若每一步仍由人拨动控制线，机器只是会记事，还不会自己做事。

　　可以用寄存器给步骤编号：

00：等待开始
01：检查当前位
10：累加并移位
11：判断是否完成

　　寄存器里保存的编号叫作当前状态。不同状态会打开不同的控制线，让相应部件完成这一拍的动作。

　　组合逻辑读取当前状态和外部输入，同时产生两类结果：

　　时钟边沿到来时，状态寄存器收下“下一个状态”；下一拍，机器便按照新状态继续工作。这种“当前状态 → 动作 → 下一状态”的电路叫作状态机。

　　状态机不必理解乘法是什么。它只负责依照条件推进步骤。交通灯、电梯、控制器都可以采用同样的方法组织动作。

　　现在，组合逻辑负责“这一拍算什么”，数据寄存器负责“已经算出了什么”，状态寄存器负责“接下来走哪一步”。下一章，我们用这套结构完成乘法。

思考题

　　交通灯按照“绿 → 黄 → 红 → 绿”循环。状态寄存器需要保存什么？组合逻辑又负责决定什么？

　　状态寄存器保存当前亮的是绿灯、黄灯还是红灯。组合逻辑根据当前颜色和计时是否结束，决定本拍亮哪些灯，并计算下一个应该进入的颜色状态。

设计师 | 南国微雪