Moore 到 Mealy 机器的转换

在数字电路设计中，Moore 和 Mealy 是常见的状态机模型。在设计过程中，有时需要转换一个模型到另一个模型，这种转换被称为 Moore 到 Mealy 或 Mealy 到 Moore 的转换。

Moore 模型

Moore 模型是一种状态机，其输出仅与当前状态有关，与输入无关。通常，该模型由一个状态转移图和一个输出表组成。

以一个简单的计数器为例，我们可以创建一个 Moore 模型，其状态转移图如下：

该状态机有三个状态：0、1 和 2。每个状态之间的转移都有一个标签，表示输入条件。此外，每个状态都有一个输出，表示输出状态。输出值由输出表决定，如下所示：

| 状态 | 输出 | | --- | --- | | 0 | 000 | | 1 | 001 | | 2 | 010 |

Mealy 模型

Mealy 模型是一种状态机，其输出与当前状态和输入相关。与 Moore 模型不同，Mealy 模型没有单独的输出表。相反，输出值嵌入到状态转移图中。

下面是一个 Mealy 计数器状态转移图的例子：

该状态机的状态与 Moore 模型相同：0、1 和 2。每个状态之间也有标记，表示输入条件。输出值嵌入到状态转移边缘上，如下所示：

| 预测 | 输入 | 输出 | | ---------- | ------ | ------ | | 0 -> 1 | 0 | 000 | | 1 -> 2 | 0 | 001 | | 2 -> 0 | 0 | 010 | | 0 -> 0' | 1 | 011 | | 1 -> 1' | 1 | 100 | | 2 -> 2' | 1 | 101 |

Moore 到 Mealy 转换

要将 Moore 模型转换为 Mealy 模型，必须将输出值嵌入到状态转移边缘上。此外，我们需要考虑输出延迟。在 Moore 模型中，输出值是在进入新状态后立即计算的，而在 Mealy 模型中，输出值是在状态转移之后计算的。

对于计数器示例，在 Mealy 模型中，我们需要在 0 -> 1、1 -> 2 和 2 -> 0 的状态转移边缘上插入输出值。此外，我们必须将输入 1 的每个输出都添加到下一个状态的状态转移边缘上。由于 Moore 模型中输出值没有延迟，因此不需要处理。

为了实现该转换，我们需要创建两个中间状态，标记为 0' 和 1'。这些状态用于延迟输出的计算，直到进入下一个状态之后。最终的 Mealy 模型如下所示：

输出表和状态转移边缘上的输出被删除了。输出值添加到状态转移边缘上，而输入值则在转移后进行计算。

总结

Moore 到 Mealy 的转换涉及将输出值从输出表移到状态转移边缘上，并添加必要的延迟以避免计算输出时的竞争条件。在输入和输出之间的依赖关系发生变化，因此需要仔细考虑设计来确保满足要求。