数字电子技术

触发器:会记忆的门

10 分钟

组合逻辑的致命短板:记不住

加法器算完 3+5,输入一撤,输出立刻消失。没有记忆,就谈不上「步骤」「程序」「状态」——计算机必须会记东西。神奇的是,记忆不需要新元件,只要把两个门「头尾相接」。

SR 锁存器:两个门咬住彼此

拿两个或非门,把甲的输出接到乙的输入、乙的输出接回甲的输入——交叉反馈一旦形成,电路就有了两个稳定状态,像一枚可以停在两面、不会自己倒下的硬币。S 端来一下置 1,R 端来一下置 0,平时它稳稳保持原样。这就是最小的 1 位存储单元,一切内存的鼻祖。

D 触发器:看时钟眼色行事

锁存器太「随和」,输入一变就跟。工程师给它加上时钟管理:只有在时钟信号的上升沿(从 0 跳到 1 的那一刹那),才把输入 D 的值「拍」进来,其余时间纹丝不动。这就像照相机的快门:平时任你怎样晃动,只有按下快门的瞬间成像。D 触发器是数字世界用量最大的存储元件,一颗 CPU 里有几百万个。

两个专业词汇,值得你认识

输入必须在时钟沿之前稳定一小段时间(建立时间),之后保持一小段(保持时间),违反它们,触发器可能进入「亚稳态」——输出在半电平上犹豫几十纳秒才倒向一边。芯片设计中大量精力都花在满足这两个时间上。

练一练:用「两个人互相提醒对方刚才说的话」来类比交叉反馈,说说为什么这个结构能记住一个 bit。

小纸条

用两个 NOR 门搭 SR 锁存器,说说 S=1 时输出怎么变。

登录 后可看答案