計算機的工作原理：RAM系列-觸發(fā)器

西北望msm66g9f 2021-02-14

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計算機是什么呢？——簡而言之，可以看成是一個“自動干活的設(shè)備”。說起來并不復(fù)雜，我們一一拆解一下這句話。首先“設(shè)備”很好理解，不用多解釋?！案苫睢币埠美斫?，就是要能實現(xiàn)一定的功能?！白詣印笔巧兑饬x呢？——就是在初始人為干預(yù)結(jié)束后，設(shè)備能自動運行，也就是說，機器能自己存儲并執(zhí)行某種預(yù)設(shè)的“指令”。按照這個理解，我們基本就可以得到計算機的組成了：負責干活的設(shè)備和負責存儲的設(shè)備。我們把前者叫做CPU，后者叫做RAM。當然還需要一些輔助設(shè)備將這兩個東西連接起來，簡要模型如下：

前面說了，RAM的作用是存儲數(shù)據(jù)，我們知道，要存儲信息，至少要有兩個狀態(tài)，且都必須是穩(wěn)定的，我們把這樣的器件稱為雙穩(wěn)態(tài)器。最簡單的雙穩(wěn)態(tài)器組成非常簡單——兩個非門串聯(lián)反饋在一起，如下圖所示：

經(jīng)過簡單分析這個電路，很容易發(fā)現(xiàn)：上圖中紅色部分信號既可以是高電平，也可以是低電平！也就是說，原來電路上是高電平的話，就一直維持在高電平，原來低電平的話，就一直維持在低電平-----這個電路有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，也就是有最簡單的記憶功能。

大家都知道，觸發(fā)器是現(xiàn)代電子技術(shù)中一個非常核心的器件，其實觸發(fā)器的本質(zhì)就是通過兩個非門串聯(lián)反饋在一起的雙穩(wěn)態(tài)器。

但是呢，基于兩個非門串聯(lián)反饋在一起的雙穩(wěn)態(tài)器有一個缺點：
狀態(tài)一旦確定了之后就不再變化了，也就是說，我們沒有辦法改變這個系統(tǒng)的記憶，因為沒有控制接口。
這當然難不倒我們，我們可以自己加上，比如，可以用兩個與非門來代替非門，這樣就可以增加兩個控制端：

當然，也可以用或非門來代替非門，感興趣的可以自己試一下。
如果將上圖的與非門翻轉(zhuǎn)180°，就會變成下面的圖：

有沒有一種似曾相識的感覺？沒錯，這就是RS觸發(fā)器，它有四種狀態(tài)：
a=1，b=1，為保持狀態(tài)，也就是退化為兩個非門的反饋串聯(lián)；
a=0，b=1或a=1，b=0，就會控制記憶和輸出；
a=0，b=0，o和ō 都是1，應(yīng)避免出現(xiàn)該種狀態(tài)，我們稱之為非法態(tài)。(o表示輸出(output)，ō 表示反向輸出)

有兩個bug：

能夠控制記憶，但是有非法狀態(tài)；
整個系統(tǒng)不受控，一直在工作，當輸入端變化時，輸出端也跟著變化。
我們可以在輸入端再增加兩個或門，這樣的話，中間這個輸入引腳為1的話，電路處于保持狀態(tài)，就自動屏蔽外部輸入，也就是老子不干活了。只有中間這個引腳為0的時候，才工作。