计算机那点事儿之触发器(中)

触发器的基本特征

在数字系统中，不仅要对二进信号进行算术运算和逻辑运算，还要把运算结果保存起来，这就需要具有记忆功能的逻辑单元电路。把这种能够存储一位二进制数码的基本单元电路统称为触发器。触发器有两个基本特征：

• 具有两个能自行保持稳定的基本状态，用来表示逻辑状态0和1，或者二进制数字0和1；
• 在不同信号的作用下，触发器可以被置为1状态或0状态；

触发器种类

根据不同的维度，触发器将触发器分成不同的类别。

我们这里主要介绍我们即将使用的RS触发器和D触发器，更多关于触发器的内容，可以参考维基百科的介绍。

RS触发器

基本组成

真值表

演示

• 置位：当置位位(S)为1，复位位(R)为0时，Q输出为1；

• 复位：当置位位(S)为0，复位位(R)为1时，Q输出为0；

  

• 保持：当从复位有效或者置位有效转为R和S都为0时，输出不改变。

  

  

结论

• RS触发器的特点在于，哪个输入端的最终状态为1。
• RS不能同时为1，非法；
• RS同时为0时，输出保持上一个输入的状态；

D触发器

我们在触发器分类的图中有提到，RS触发是其他触发器的基本组成单位，那么D触发器也不例外，它也是通过RS触发器和其他电路组合而来的，以解决新的问题。

针对RS触发器只能记住哪个输入端的最终状态为1，我们需要一个更聪明的电路，能够记住某个特定时间点上的信号是0还是1？

这个电路有两个输入，其中一个称为数据端、另一个成为保持位，它们满足以下功能：

我们将上述功能转换为真值表

• 前两种情况下，保持位为1，输出Q与数据端输入相同；
• 后两种情况下，保持位为0，输出端Q和前一个状态保持一致；

RS触发器改进

我们可以在RS触发器的基础上，加入两个与门来实现这个功能：电路如下：

它的特点是，当保持位为0时，置位位(S)和复位位(R)不会对电路的输出产生影响。

当保持位为1时，这套系统和RS触发器的功能一致。

但是，我们离目标还差一步，我们只想要两个输入，而不是三个。

我们回忆以下，RS触发器的功能表：

• 两个输入同时为1是非法，要尽量避免；
• 两个输入同时为0，是无意义的(不改变输出)，

那么，我们只要将关注RS触发器的输入为0和1、1和0两种情况即可。我们把数据端看作是置位信号，把它取反看作是复位信号，可以画出如下的电路：

当保持位(H)为0时，数据端(S)对电路没有影响。

当保持位(H)为1时，可以记住数据端(S)的值。

D触发器

经过上边的改进，我们就得到了D触发器的结构。

D触发器的真值表如下：

结论

这个电路就是电平触发的D型锁存器，它表示电路锁住一位数据并保持它。在下一节，我们将用1位锁存器，组成8位锁存器来改进我们的加法器。