七、寄存器

　　學(xué)匯編的時(shí)候聽過這個(gè)東西，“寄存”這個(gè)詞讓我感覺寄人籬下可憐巴巴的。寄存器的功能是把數(shù)據(jù)（約定里說的0和1，實(shí)際就是電路的通斷狀態(tài)）保存下來，以后還可以取出來用。寄存器這東西比之前的器件都復(fù)雜，需要一步一步來做。

　　八、R-S觸發(fā)器

　　先看下面這個(gè)電路，這是各種有存儲功能的器件的基礎(chǔ)。

　　上圖展示的是在R和S開關(guān)都斷開的情況下啟動電路得到的結(jié)果。《穿越計(jì)算機(jī)的迷霧》里說這種情況下，哪個(gè)燈泡亮是不一定的，就看哪個(gè)邏輯門轉(zhuǎn)的快了。不過我用multisim12仿真的時(shí)候，兩個(gè)燈泡是在忽亮忽滅不停地閃。這可以說是非正常人類使用R-S觸發(fā)器的情況。下面再看看正常人類使用R-S觸發(fā)器的情況。

　　R-S觸發(fā)器的R是Reset，意思是把Q燈泡重置為0，S是Set，意思是把Q燈泡置為1。可以看到，只閉合S，則Q亮NQ不亮；只閉合R，則Q不亮NQ亮；同時(shí)閉合RS，則Q和NQ都不亮；同時(shí)斷開RS，則Q和NQ保持剛才的狀態(tài)不變。

　　九、D觸發(fā)器

　　既然要保存數(shù)據(jù)，我們就要求只在希望保存某個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候存進(jìn)去，否則就不理他。所以我們給R-S觸發(fā)器加一個(gè)新的輸入作為控制端，只有控制端為1的時(shí)候才能保存新來的數(shù)據(jù)。這里也把RS端合并為一個(gè)D端，用一個(gè)非門實(shí)現(xiàn)了只能使R和S有且只有一個(gè)開關(guān)是閉合的（即要么Q燈泡變?yōu)?要么Q燈泡變?yōu)?）。

　　D觸發(fā)器的符號我也沒在multisim里找到，大家看這個(gè)吧。

　　十、上升沿D觸發(fā)器

　　我們只希望在某一瞬間把數(shù)據(jù)存起來，而不是像D觸發(fā)器那樣，控制端為1的整個(gè)時(shí)間端都會保存新數(shù)據(jù)。（這樣最安全）于是我們在D觸發(fā)器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了上升沿D觸發(fā)器。這個(gè)觸發(fā)器只在控制端從0變?yōu)?的瞬間存儲新數(shù)據(jù)。是不是很奇妙的設(shè)計(jì)？

　　上升沿D觸發(fā)器使用了兩個(gè)D觸發(fā)器，再加一個(gè)非門，就OK了。平時(shí)，我們把要存儲的數(shù)據(jù)（D開關(guān)）放好。然后，當(dāng)控制端CP為斷開時(shí)，圖中上面那個(gè)D觸發(fā)器是能夠存數(shù)據(jù)的，但是下面那個(gè)存不了。就是說新數(shù)據(jù)已經(jīng)到了兩個(gè)D觸發(fā)器之間的導(dǎo)線上。在控制端CP閉合的瞬間，上面的D觸發(fā)器無法再存新數(shù)據(jù)了，而下面的D觸發(fā)器可以存新數(shù)據(jù)了，那么它存的是哪個(gè)新數(shù)據(jù)？只能是剛剛在兩個(gè)D觸發(fā)器之間的導(dǎo)線上的數(shù)據(jù)了。這個(gè)瞬間之后，新數(shù)據(jù)無法通過上面的Ｄ觸發(fā)器，自然也就無法保存了。

　　這次我終于在multisim12里找到了上升沿D觸發(fā)器的符號。

　　十一、乒乓觸發(fā)器

　　這是個(gè)有點(diǎn)類似振蕩器的器件。兩者的區(qū)別在于，振蕩器是自動地改變輸出，乒乓觸發(fā)器是在輸入一個(gè)上升沿的時(shí)候改變輸出。電路圖如下所示。

　　可以看出，乒乓觸發(fā)器其實(shí)就是把上升沿D觸發(fā)器的非Q輸出端接到了輸入端。很顯然每次存的新數(shù)據(jù)總是和輸出信號相反。

　　乒乓觸發(fā)器可以用來做計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器有這樣的功能：每收到一個(gè)上升沿的信號，就增加1。例如下圖所示的能統(tǒng)計(jì)二進(jìn)制的00000到11111（即0到31）這32個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)器的每一位計(jì)數(shù)器件都是一個(gè)乒乓觸發(fā)器。燈泡亮表示1，燈泡滅表示0。

　　十二、走馬燈

　　利用上升沿D觸發(fā)器還可以做“走馬燈”。走馬燈是每次都讓前面一個(gè)燈泡亮的設(shè)備，最后一個(gè)燈泡亮過之后，又從第一個(gè)燈泡開始亮，循環(huán)往復(fù)。下圖所示電路就是一個(gè)有5個(gè)燈泡循環(huán)走馬的走馬燈。為了在電路剛接通的時(shí)候讓第一個(gè)燈亮起來，我加了兩個(gè)開關(guān)S1和S2，大家可以分析一下怎么用S1和S2。這有助于加深體會上升沿D觸發(fā)器的功能，并加速對更復(fù)雜器件的理解。

　　十三、寄存器

　　能保存5位二進(jìn)制數(shù)的寄存器如下圖所示。其實(shí)就是5個(gè)上升沿D觸發(fā)器并列起來而已。

　　想保存數(shù)據(jù)的時(shí)候，調(diào)整好D0、D1、D2、D3、D4五個(gè)開關(guān)（實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候就可能是其他電路的輸出導(dǎo)線了），然后斷開再閉合一下控制端的開關(guān)S5即可，數(shù)據(jù)就保存到了5個(gè)上升沿D觸發(fā)器的Q端。

　　我這里只畫了保存5位數(shù)的寄存器，是因?yàn)樵佼嬀吞罅耍趙ord里圖就看不清楚了。我們知道現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的寄存器已經(jīng)到32位或者64位了。那就是有32或64個(gè)并列的上升沿D觸發(fā)器組成一個(gè)寄存器。我們也看到了一個(gè)上升沿D觸發(fā)器需要幾十個(gè)繼電器（晶體管），那么一個(gè)寄存器就需要上千個(gè)繼電器（晶體管）了。而CPU里包含的寄存器、加法器等運(yùn)算器還有各種控制器，其包含的繼電器（晶體管）數(shù)目上百萬也就很好理解了。內(nèi)存條里的內(nèi)存也是用上升沿D觸發(fā)器和一個(gè)門電路組成存儲一位（一個(gè)bit，8個(gè)bit是一個(gè)字節(jié)）的存儲結(jié)構(gòu)的，其包含的繼電器（晶體管）數(shù)目可想而知有多少。