课程设计
目前典型的同步系统主要分为两类：冯诺曼系统和哈佛系统。请查找相应资料，综述这两类系统的典型结构特点：处理器、总线控制、数据存储、指令系统、应用范围等。
教材参考章节： 第8章：8.6--8.9
第24次课 (8-1)
第八章 同步状态机设计
有限状态机FSM
在同步系统中用做信号检测和控制信号发布，常用于设计信号检测器和信号发生器。
状态机结构
状态存储器：寄存器或寄存器阵列用于信息和状态的保存；
其输入为激励、输出为当前状态、输入输出关系由特征方程表现； 在触发时刻将触发前的稳定激励转变为触发后的状态输出（次态）； 激励逻辑（次态逻辑）：组合逻辑，根据当前状态和输入信号，为状态存储器提供激励信
号（次态信号）；
输出逻辑：组合逻辑，根据当前状态和输入信号，产生状态机对外输出；
状态机表达与分类
根据状态存储器的构成方式，可以分为同步状态机和异步状态机； 根据激励逻辑与输入的关系，可以分为信号检测器和信号发生器； 根据输出逻辑与输入的关系，可以分为Mealy机和Moore机；
状态机中的变量可以分为输入变量与状态变量； 激励逻辑和输出逻辑均为组合逻辑，可以采用真值表或卡诺图、逻辑运算方程等形式表达； 状态存储器可以采用特征方程或特征表表达；将激励方程代入到特征方程中，则可以将次态表现为变量的函数，构成状态转移函数，采用表格或方程形式表达； 对整个状态机的状态及转换条件，可以采用状态转移图表达。
有限状态机的分析 由逻辑图出发：
先确定状态机的变量数量（输入数量和寄存器数量）； 然后根据逻辑图写出组合方程： 输出方程（输出与变量的关系）、激励方程（寄存器输入与变量的关系）； 将激励方程代入寄存器特征方程，得到状态转移方程； 由状态转移方程，画出状态转移图：
根据状态变量数，确定状态数量，画出状态圈；
对每个状态，用箭头线标记其转移状态，并在线上用输入变量表达其转移条件； （转移到自己的可以不画箭头线，无条件转移的可以不标记转移条件）
对输出进行标记：
Moore机输出只与状态相关，标记于状态圈内；
Mealy机输出与状态和输入相关，标记于相应状态发出的箭头线上；
例1：对Moore机的分析：对教材例题进行改动，取消输出与输入的关联； 方程的写出；
由方程到表格的转换； 状态命名与状态表
状态转移图：完成表达与简化表达的对比；
例2：对Mealy机的分析：使用教材例题 Moore输出与Mealy输出对比：
在表格表达上的差异；
在转移图上的差异；
波形图上确定输出的方式；
例3：对T触发器的分析：将教材例题进行触发器置换
将激励方程代入特征方程，得到转移方程，然后得到转移表；
例4：对JK触发器的分析：将教材例题进行触发器置换 将激励方程直接代入转移表；
教材参考章节： 第7章：7.3
第25次课 (8-2 )
有限状态机设计过程
先根据输入输出关系确定所需状态的数量并命名； 根据任务要求，确定状态转移图； 对状态进行编码，确定转移/输出表；
由转移表得到激励表，并由此得到优化的激励方程和输出方程； 画出逻辑图；
计数器与序列信号发生器设计
计数器基本概念
若干状态形成无条件转移循环； 最后一个状态产生有效输出； 最简单的序列信号发生器；
模5计数器设计
状态转移图与状态/输出表； 状态编码：
根据状态数量确定状态变量数量：通常采用最短编码 采用顺序编码方式： 二进制编码 格雷码 根据状态编码和状态转移图，得到转移表； 转移表中未用状态的处理：
最小成本设计：转移为无关； 最小风险设计：转移为初始状态； 将转移表转换为激励表，写出激励方程；
最小风险设计：从方程到逻辑图；
最小成本设计：从方程回到转移表，对风险进行检测：自启动检测 是否存在无效状态循环；
若有，则需将循环中某状态的转移指定为某有效状态，打断无效循环；
对计数器的控制：清零与使能
根据输入的不同情况，得到不同的转移表；
将转移量分离，将输入变量填入转移表中，通过优化得到激励方程；
直接画出转移列表，再通过列表直接得到相关转移表，通过优化得到激励方程；
直接针对触发器的清零设计
同步清零：由触发器D输入端送入清零信号，待时钟触发时清零；
异步清零：直接在从锁存器中添加置0端，一旦置零信号出现，立刻清零，不等待触发；
对输出的控制
Moore机：输出只与状态有关，与输入控制无关； Mealy机：输入直接对输出进行控制，修改输出方程；
序列信号发生器
以计数器状态循环为基础，附加输出组合逻辑； 根据序列周期长度，设置计数器的模；
根据需要的序列，对每个状态附加输出，构成输出表，得到输出方程；
课程设计：
时钟显示设计：设输入时钟信号为1Hz方波，利用7段显示器表达小时、分、秒的周期性显示，并考虑设置闹钟定时功能。使用基本器件完成相关时序和组合设计。
教材参考章节： 第7章：7.4、7.6 第8章：8.4
第26次课 (8-3 )
序列信号检测器设计
对输入信号进行连续检测，当发现特定检测序列后，产生有效输出，并回归初始态；
前面提到的上升沿检测、教材上的组合锁例题都属于这类器件；
可用于网络传输的同步定位、文件起始与终止表达、特定信息传递、救援信号检测等。
例：对1011序列的Moore检测
状态设置
根据序列表达的不同长度设置状态： 从初始态开始；每次有效检测进入一个新的状态；每个不同的有效态采用不同的字符命名表达；对于Moore检测，N位序列需要设置N+1个状态； 例： 0字符态（初始）、1字符态、2字符态、3字符态、4字符态… -- 1 10 101 1011 S0 S1 S2 S3 S4
状态有效转移
从初态开始，为每个状态设置转移线： 为每条转移线标记转移条件；
状态无效转移
对每个状态分析缺失条件可能导致的转移：
采用从高位逐位减少分析法，确定其最近的可能转移状态。 将所有转移条件相加，结果应该为1；避免漏掉转移；
状态转移表
以状态和输入为变量，表达转移状态和输出； 表后可以列出各状态的含义；
Mealy机的输出列于表中；Moore机的输出列于状态之后；
状态编码
根据状态数量选择最短编码赋值；
初始态应便于设置：通常采用全0表达； 相邻的状态应尽量使用相邻的编码；
当多个状态与同一个状态相邻时，应根据转移的频率考虑编码；
转移输出表
变量较少时，可以根据根据状态转移图/表直接得到转移输出表；
变量较多时，可以将输入变量与状态变量分离，通过转移列表得到转移表； 对转移输出表化简，得到激励方程和输出方程；
对输出和转移的不同设置
保持输出，直到接收到复位控制信号：在设计中产生的变化；
Mealy型输出：少设置一个状态，提前产生输出，可能存在的风险；
产生输出之后的设计选择
返回初始态：此过程会漏掉1次检测；
连续检测：将产生输出后的第1次检测作为新检测的第1位；不一定回归初始态； 重叠检测：将产生输出后的第1次检测与前面的检测合并，决定新的转移状态；
对于相同序列检测，不同设计之间的区分仅在于最后状态的转移。
教材参考章节： 第7章：7.4、7.6 第8章：8.5
第27次课 (8-4)
多序列检测设计
方法与前述完全相同；
有效状态增加，有效转移增加；
例：对2种序列的Moore检测 1011，0101
初始态 1字符态 2字符态 3字符态 … -- 1，0 10，11 101，010
状态的意义与等价性
利用Moore检测的最后2个状态的转移，说明状态等价的含义和状态化简的意义： 状态的意义：决定当前输出和下步转移
等价状态定义： 当前输出相同、下步转移目标及条件相同 等价状态意义相同，可以合并；
状态合并可以减少状态数量，可能得到成本的优化；
简单状态机设计
教材例题：对A端口的00、11进行Moore检测；做可重叠检测，并利用B保持输出；
状态设置
例：对2种序列的Moore检测 00，11
初始态 1字符态 2字符态 -- 0，1 00，11
共5个状态；
状态等效性分析
回归初始态分析、连续序列检测分析：2字符态等效 重叠序列检测分析：2字符态不等效
保持输出的条件分析 新状态的引入； 等效性的判断； 最终只有5个状态；
采用状态表进行分析