Начните с этого:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Триггер
В качестве первого приближения ваш счётчик можно собрать из двоичного счётчика и двоичного дешифратора - будет работать.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Счётчик_(электроника)
https://ru.wikipedia.org/wiki/Дешифратор
Нормальная реализация (без оверхеда) должна получиться, IMHO, просто на базе триггеров.
В своих рассуждениях вы смешиваете математическую (абстрактную) модель и физическую модель, в результате хромает и математика (не разделяете входы и выходы, время в математической модели отсутствует как параметр), и схема, собранная в железе не будет работать. Потому что в рельном железе нужно учитывать конечность скорости распространения сигнала - задержки, фронты сигнала, вот это всё, это целая отдельная наука.