Конечный автомат

Последовательная логическая функция, состоящая из набора входных и выходных сигналов, функции перехода, отображающей текущее состояние и входные значения в новое состояние, и функции выхода, отображающей текущее состояние и. возможно, входные значения для выставления выходных сигналов.

По типу конечный автомат, рассматриваемый в данной книге, относится к машинам Мура, названным по имени Эдварда Мура (Edward Мооге). Его отличительные признаки заключаются в том, что выходные сигналы зависят только от текущего состояния. Для машины Мура прямоугольник, имеющий надпись «Комбинационная логика управления», может быть разбит на две части. У одной из них имеется управляющий выход и только вход состояния, а у другого имеется только выход следующего состояния (перехода). Нет времени на прохождение медосмотра? Медицинские книжки в Мед-Центре Гарант будут готовы в кратчайший срок.

Другим типом конечного автомата является машина Мили, названная по имени Джорджа Мили (George Mealy). Машина Мили позволяет использовать для определения выхода и вход, и текущее состояние. Машины Мура обладают потенциальными преимуществами реализации в скорости и размере блока управления. Скоростные преимущества возникают благодаря тому, что управляющие выходы, которые нужны на ранней стадии тактового цикла, не зависят от входов и формируются только на основе текущего состояния. Потенциальный недостаток машины Мура заключается в том, что ей могут понадобиться дополнительные состояния. Например, в ситуациях, при которых два следующих друг за другом состояния отличаются только одним параметром, машина Мили может унифицировать состояния, сделав выход зависимым от входа.

Для улучшения производительности эта простая модель легко может быть расширена дополнительными состояниями. Например, в состоянии сравнения тега в одном и том же тактовом цикле осуществляется как сравнение, так чтение или запись данных кэш-памяти. Чтобы уменьшить продолжительность тактового цикла, сравнение и обращение к кэш-памяти часто осуществляются в разных состояниях. Еще один способ оптимизации может заключаться в добавлении буфера записи, чтобы можно было сохранить измененный блок, а затем сначала считать новый блок, чтобы процессору не пришлось ожидать двух обращений к памяти при промахе и замене измененного блока. Потом кэш-память запишет измененный блок из буфера записи, пока процессор будет обрабатывать запрошенные данные.