七、寄存器

　　學匯編的時候聽過這個東西，“寄存”這個詞讓我感覺寄人籬下可憐巴巴的。寄存器的功能是把數據（約定里說的0和1，實際就是電路的通斷狀態）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雜，需要一步一步來做。

　　八、R-S觸發器

　　先看下面這個電路，這是各種有存儲功能的器件的基礎。

　　上圖展示的是在R和S開關都斷開的情況下啟動電路得到的結果。《穿越計算機的迷霧》里說這種情況下，哪個燈泡亮是不一定的，就看哪個邏輯門轉的快了。不過我用multisim12仿真的時候，兩個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觸發器的情況。下面再看看正常人類使用R-S觸發器的情況。

　　R-S觸發器的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；同時閉合RS，則Q和NQ都不亮；同時斷開RS，則Q和NQ保持剛才的狀態不變。

　　九、D觸發器

　　既然要保存數據，我們就要求只在希望保存某個數據的時候存進去，否則就不理他。所以我們給R-S觸發器加一個新的輸入作為控制端，只有控制端為1的時候才能保存新來的數據。這里也把RS端合并為一個D端，用一個非門實現了只能使R和S有且只有一個開關是閉合的（即要么Q燈泡變為1要么Q燈泡變為0）。

　　D觸發器的符號我也沒在multisim里找到，大家看這個吧。

　　十、上升沿D觸發器

　　我們只希望在某一瞬間把數據存起來，而不是像D觸發器那樣，控制端為1的整個時間端都會保存新數據。（這樣最安全）于是我們在D觸發器基礎上設計了上升沿D觸發器。這個觸發器只在控制端從0變為1的瞬間存儲新數據。是不是很奇妙的設計？

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

　　這次我終于在multisim12里找到了上升沿D觸發器的符號。

　　十一、乒乓觸發器

　　這是個有點類似振蕩器的器件。兩者的區別在于，振蕩器是自動地改變輸出，乒乓觸發器是在輸入一個上升沿的時候改變輸出。電路圖如下所示。

　　可以看出，乒乓觸發器其實就是把上升沿D觸發器的非Q輸出端接到了輸入端。很顯然每次存的新數據總是和輸出信號相反。

　　乒乓觸發器可以用來做計數器。計數器有這樣的功能：每收到一個上升沿的信號，就增加1。例如下圖所示的能統計二進制的00000到11111（即0到31）這32個數。計數器的每一位計數器件都是一個乒乓觸發器。燈泡亮表示1，燈泡滅表示0。

　　十二、走馬燈

　　利用上升沿D觸發器還可以做“走馬燈”。走馬燈是每次都讓前面一個燈泡亮的設備，最后一個燈泡亮過之后，又從第一個燈泡開始亮，循環往復。下圖所示電路就是一個有5個燈泡循環走馬的走馬燈。為了在電路剛接通的時候讓第一個燈亮起來，我加了兩個開關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觸發器的功能，并加速對更復雜器件的理解。

　　十三、寄存器

　　能保存5位二進制數的寄存器如下圖所示。其實就是5個上升沿D觸發器并列起來而已。

　　想保存數據的時候，調整好D0、D1、D2、D3、D4五個開關（實際應用的時候就可能是其他電路的輸出導線了），然后斷開再閉合一下控制端的開關S5即可，數據就保存到了5個上升沿D觸發器的Q端。

　　我這里只畫了保存5位數的寄存器，是因為再畫就太大了，在word里圖就看不清楚了。我們知道現在計算機的寄存器已經到32位或者64位了。那就是有32或64個并列的上升沿D觸發器組成一個寄存器。我們也看到了一個上升沿D觸發器需要幾十個繼電器（晶體管），那么一個寄存器就需要上千個繼電器（晶體管）了。而CPU里包含的寄存器、加法器等運算器還有各種控制器，其包含的繼電器（晶體管）數目上百萬也就很好理解了。內存條里的內存也是用上升沿D觸發器和一個門電路組成存儲一位（一個bit，8個bit是一個字節）的存儲結構的，其包含的繼電器（晶體管）數目可想而知有多少。