计算机的制作（二）-各类触发器关系

admin · 发表于 2020-10-20 11:41:44

一、反馈和振荡器 <img class="" data-ratio="0.4265232974910394" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvCyX728tGsd4F6Qg6ct5WMKFSAbyibllrrMfGYoGOks1TZM1cs6VYhyg/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="279" style="" />上图继电器两边共用一个电源，可以简化如下图所示：<img class="" data-ratio="0.34513274336283184" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvhzvpw1Ha4t5I6rFT2wrqFOnOx3QDHWk4xhtcicIxib2ia2IdJicASCzFjw/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="339" style="" />由于常闭触点的继电器就是一个“非门”，所以上图又可以简化如下图所示：<img class="" data-ratio="0.19469026548672566" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvpjQUjtbZsaDOrbf6Aiaib0UjfGaf0s3lAictXVcOeFCg7awB1N8h4ToeQ/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="339" style="" />如果将继电器的输出当作它的输入，那么继电器会反复吸合与断开，这样灯泡会反复亮灭<img class="" data-ratio="0.39710144927536234" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvtVm3mwglRMq2akQSqNJpE9oqSEjq00gicV0IKxEay28ZSfriaOvwh7ww/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="345" style="" />于是就有了将非门的输出和输入相连接构成一个振荡器，如下图所示：<img class="" data-ratio="0.36423841059602646" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdv8FzvXVk754Px7umygGD38SAajbEvgvWAkDG1UlyFibAWpY6kfvvkEtg/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="302" style="" />非门的输出就会是反复交替的，输出信号如下图所示：<img class="" data-ratio="0.20306513409961685" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvcHAMtVyLHZR0XX6JMlkk9Ug3FcEHhfnbDOp3tquadRiaIrUVVv6EnRA/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="522" style="" />事实上，过渡阶段是一个陡坡，只是时间极短很难看出。由低电平变到高电平的过度称为上升沿，反之，称为下降沿，如下图所示：<img class="" data-ratio="0.23854660347551343" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvCcNOTISCoVHr5rB6MxseUgR4Jc2qeia4r5liaEXdvPiavPSmV6EiaLicPyQ/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="633" style="" /> 二、R-S触发器像盖房子一样，触发器是构造电子计算机的重要材料，如果说逻辑门是砖石，那么触发器就是木料。 由于老是和反馈打交道，难免会搞出一些奇怪的东西出来，1918年出现了具有记忆功能的电路，如下图所示：<img class="" data-ratio="0.4526627218934911" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvWVd4ictMEkiaymlvticseBSc16Wq06N9vI9lgy0woY5ibM6aAKCCQsgkkw/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="338" style="" />上述电路的工作过程如下面的图所示过程：<img class="" data-ratio="0.36419753086419754" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvKrpC3ABjaBUTVCJpm0oOHyPNLZTwXpsEGBicAo4KbTPn8icgALcon29g/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="486" style="" /><img class="" data-ratio="0.35470941883767537" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvYicYcwr1RGpbFRiaJaKUEIwX9nPgfJ6ouc5FP3E1SIVHvJADpwpGhjWg/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="499" style="" />R和S有四种组合，分别对于下表所示：<img class="" data-ratio="0.3599137931034483" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvqs1FcYq7LXk1bX3N8UbMCngpPHAfOsOgxt3QutJ6jo3PMoPgcUc69A/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="464" style="" />上述电路称为R-S触发器，电路符号如下图所示：<img class="" data-ratio="0.3607843137254902" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvPJ2jbLw8Vpcw8gGicHt3xSfxnBDqYaljQUB6lLaXyIwDIFezm1yKEiaQ/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="255" style="" />这是最早也是最基本的一种触发器。触发器有两个截然相反的输出，不过多数情况下我们只需要一个输出就足够。因此，一直以来就把Q作为触发器的输出。 结合上表可以看出，Q的输出和S的输入总是一致的，S相当于英文的Set，设置的意思。不管Q以前是0还是1，当R=1时，Q就会变成0，这相当于把Q打回原形，称为复位，R相当于英文的Reset，复位的意思。 三、能保存一个比特的触发器-D触发器制作过程我们希望用R-S触发器保存一个比特，但是一个比特只需一根电线就可以传送。解决之道就是使用非门，如下图所示：<img class="" data-ratio="0.2857142857142857" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdve3Aqeib6BothN0iaZwkddSoWtM7t4StpewuRmicrZQmLUMe9FNlRMGIiaQ/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="441" style="" />上图改进的触发器只是解决了单根电线的问题，还不能保存数据，若想真正的保存一位数据需要增加两个“与门”，进行如下图的改进：<img class="" data-ratio="0.3168044077134986" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvf5YMJUib8fHnXhW4QKZibVcc5V2WqQ7ZfhN8zKjPu21kSRaia96Wcc9dA/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="363" style="" />其中，CP是控制端，D是数据输入端。当CP=0时，Q不接收D的输入。当CP=1时，Q接收和D端一样的输入。当数据保存后，CP就为0，S和R也为0，这时Q的数据仍然不变。这样就保存了一个比特。该触发器称为D触发器，电路符号如下所示：<img class="" data-ratio="0.5357142857142857" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvicukGIicuClJIZ1ibgcMUtonQDZeKsxqtXbic09NiaHxsz4e4bJbkTMgXvA/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="224" style="" />"D"取自英文Data，意思是数据，数字。 四、上升沿D触发器D触发器保存数据时，你一定要把想保存的比特放到D端，稳住，等CP从0到1，再从1变到0之后才能松口气，这需要很大的细心，为了解决懒人的问题，可以对D触发器作如下图所示的修改：<img class="" data-ratio="0.3333333333333333" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvubocfwCRCFKQqSUz8ib3a0YF4TaIsGQKlww0M2ROIwDm5PkAyIicibSzg/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="432" style="" />这个大触发器实际由两个小D触发器首尾相连而成，前一个触发器的输出是后一个触发器的输入，而且这两个触发器不会同时工作。只有当控制端从0跳变到1的时候，即CP上升沿，它才能保存比特。上升沿D触发器的电路符号如下图所示：<img class="" data-ratio="0.6111111111111112" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvFZD3Nx1H7GcKSclVtmdWnl0kny9Ww1icvlmS3e6ohTibiabRaqibe9tOWw/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="216" style="" /> 五、上升沿D触发器应用——走马灯（循环移位寄存器）上升沿触发器只在CP脉冲的上升沿触发，比特从输入端被吃掉，经过一个小小的延迟后，才能稳定地出现再输出端Q上。延迟的时间取决于触发器制作所用的材料。继电器制作的触发器延迟1秒左右，电子管或者其他材料可以将延迟缩短至几个纳秒。 基于这一点，我们可以如下图所示电路：<img class="" data-ratio="0.2571428571428571" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvJia7MvY5ZIOakSgAiawGnL4o9bkcvNX6kgzv6g3ibUnB4wYl2fBm3MteA/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="525" style="" />首先想办法让最左边地触发器保存1，其余地都是0。当每次开关按下后产生一个上升沿时，各个上升沿D触发器就会保存前一个触发器的输出。如果你不停地按动开关，这个1就会从左到右，最后再回到左边，循环往复。 如果将每个触发器地输出Q接一个灯泡，然后在使用一个振荡器，就可以自动地使灯泡循环亮灭了。<img class="" data-ratio="0.33794466403162055" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdv9v1YoSUlyUGDHdtKPsbOTBcKBmKHRqefwU0dUuXUnePuSEfjiaoNErg/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="506" style="" />不把灯泡和振荡器算在内，一个走马灯电路通常称为循环移位寄存器。 六、寄存器循环移位寄存器只是移位寄存器地特例。移位寄存器可以设计用来保存多个比特，并将这些比特顺序左移或者右移。 所谓地“寄存”地意思是临时存放。触发器随时会根据需要而保存新地比特，仿佛这些比特都是临时寄存在触发器里。当若干个触发器组合在一起，可以同时保存多个比特时，称为寄存器。使用多个上升沿D触发器可以构成一个寄存器，如下图所示：<img class="" data-ratio="0.3321678321678322" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvlRQm0yVYhyibIatXy12TKa2reNkdc6ekq6zmn9Pbic0g3FEfk78rtNaw/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="572" style="white-space: normal;" />上图寄存器中所有的控制端用一个开关控制，在CP脉冲的上升沿，所有触发器同时干活，二进制数的每位D都在同时保存起来，并立即出现在每位Q上。该寄存器的电路符号表示如下图所示：<img class="" data-ratio="0.7209302325581395" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvMpjZm1MaaZZFYEs8DwM1uegtXduk1OvM9lUOwOhKywZyW2B1g9kWNQ/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="215" style="" />当用加法机做加法时，加数和被加数地所有比特都是同时进入加法机的，称为“并行”。 在有些情况下，二进制需要按顺序拆开，然后一个比特一个比特地分别传送，到达目的地后再按原来地顺序组装起来，这称为“串行”。例如，电话线上网和往U盘复制资料。 为了将原本并行地数据串行地发送出去，就要用到移位寄存器。具体实现自行查阅资料。 七、T触发器这个触发器是将上升沿D触发器地输出非Q送到输入端D，如下图所示：<img class="" data-ratio="0.6431535269709544" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdv8ou1XXlwLCiclfZS5xr7IB38aN47k15Vn2lz5B03Dk5YFEwCyePFb4A/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="241" style="" />按下图连接开关和灯泡。当反复按开关时，灯泡会反复亮灭，这个触发器称为T触发器，来自英文Toggle，意思时反复。<img class="" data-ratio="0.2871287128712871" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvV7SWQu8ChxeHQpEIQPRctntbBVS60kiawtW7lOOIQ87u6UndqZm9ITg/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="505" style="" />T触发器符号可以化简为如下图所示：<img class="" data-ratio="0.38645418326693226" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvxs8JyN9cbzsjX6Dic61jlBwriaMfCZic3sibsLqAo9Cr9EQjXPVQibbtR9w/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="251" style="" /> 八、T触发器地应用——计数器发明一个装置，来帮助药厂自动统计药丸数量。采用光电技术，在药粒下落部位地一边是一个发光装置，可以定向发射出一束光线。另一边是一个光电转换装置，在光线地照射下可以产生电流。如下图所示：<img class="" data-ratio="0.3669527896995708" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvDG2c64BEB2WJdYZvJzYy7gS1a7LM0jsP93gygfjibyg3ufeoeBgLBMQ/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="466" style="" />上述感光装置会输出一个一个脉冲，这时我们统计脉冲个数即可知道药丸数量。这时将脉冲输入下图所示电路即可计数药丸数量。<img class="" data-ratio="0.30919765166340507" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/LKgI6UN8ElYTrzTfgYvQZOO3n4HIQkdvPHzzQv51HTaXSpwbNUUmkH0YiaGvHBaDoLGKHrhfI2xT5Jib9VfnhIuA/640?wx_fmt=png" data-type="png" data-w="511" style="" />从右往左看，每个触发器地输出端非Q都连接着下一个触发器地控制端CP。首先，将这个计数器地每个触发器清零，使Q4Q3Q2Q1=0000,此为一个二进制，相当于十进制地0，所有触发器的输出端非Q也都为1。 当第一个上升沿脉冲过来时，Q4Q3Q2Q1=0001，相当于十进制1。当第二个上升沿脉冲过来时，Q4Q3Q2Q1=0010，相当于十进制2。当第三个上升沿脉冲过来时，Q4Q3Q2Q1=0011，相当于十进制3。五个比特的二进制最大只能表示11111，相当于十进制31.要想增加计数的范围，就得增加更多的位。没有计数器，现代计算机将无法自行工作。 <hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><hr style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;" /><p style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;min-height: 1em;color: rgb(62, 62, 62);background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;">请扫描下面二维码，关注该微信公众号，获取更多生物医学工程专业及医工学习笔记<p style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;min-height: 1em;color: rgb(62, 62, 62);line-height: 25.6px;background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;"><p style="font-size: 16px;white-space: normal;max-width: 100%;min-height: 1em;color: rgb(62, 62, 62);line-height: 25.6px;text-align: center;background-color: rgb(255, 255, 255);box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;"><img class="" data-ratio="1" data-s="300,640" src="http://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/LKgI6UN8ElZnh0jXF3PjbBz7BBPnYH7wbDgfc3E2r7REMuN2lQqfuVM38HZO8Zx0rN0OLKywrjoH3P7QqDY44Q/640?wx_fmt=jpeg" data-type="jpeg" data-w="430" width="auto" style="box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;visibility: visible !important;width: auto !important;" /> 笔记内容来自《穿越计算机的迷雾》，作者：李忠

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