状態遷移図ツール

正解：A. 出力が、現在の入力と、記憶している内部状態によって決まる

順序回路は、フリップフロップなどの記憶素子をもち、出力が現在の入力だけでなく過去の入力の履歴(内部状態)にも依存する回路です。カウンタ、レジスタ、ステートマシンが代表例で、自動販売機の投入金額の管理などをモデル化できます。出力が現在の入力だけで決まる回路は組み合わせ回路(加算器、デコーダなど)で、実際のデジタル回路はこの2つをクロックで交互につないだ構造です。

正解：B. ムーア型

ムーア型では出力が現在の状態だけで決まり、ミーリ型では状態と入力の両方で決まります。ムーア型は出力がクロックのエッジの後にしか変わらず、入力の変化やグリッチが出力に直接伝わらないので安定し、タイミングも予測しやすい反面、入力への反応が1クロック遅れ、状態数が増えがちです。ミーリ型は状態数を減らせて入力に即座に反応できますが、入力の変化が出力に直接伝わります。実際の設計では両者を組み合わせて使います。

正解：C. 今の状態を覚えるレジスタ、次の状態を決める組み合わせ回路、出力を決める組み合わせ回路

状態機械は、今の状態をフリップフロップのレジスタに覚えておき、今の状態と入力から次の状態を組み合わせ回路で決め、クロックのエッジで状態を更新します。出力は今の状態(と入力)から組み合わせ回路で決めます。通信の手順の制御や、自動販売機、信号機の制御など、手順に従って動く回路の多くは状態機械として書かれます。

正解：B. 2個/3個

バイナリ符号化では、状態を2進数の番号で表すので、3つの状態には00、01、10の2ビット(フリップフロップ2個)で足ります。ワンホット符号化では、状態ごとに1つのフリップフロップを使うので3個です。バイナリでは使わない11の符号が残るので、雑音などでそこに入ったときに正しい状態に戻れるよう、defaultで行き先を決めておくと安全です。

正解：B. 2n

ジョンソンカウンタは、シフトレジスタの最後の出力を反転して先頭に戻す構成で、n個のフリップフロップで2n個の状態を順にとります(3個なら000→100→110→111→011→001)。隣り合う状態で1ビットしか変わらないため、2入力ゲートだけで各状態をデコードでき、グリッチも起きにくい特徴があります。位相が少しずつずれた複数のクロックを作る用途にも使われます。