【半导光电】触发器原理以及在cpu芯片中的作用

组成电脑cpu芯片是微小的三极管等电子元器件。

那么三级管这样的元器件，是怎样一步一步组成电脑的呢？

1 三极管组成门电路

2 门电路组成触发器

3 触发器构成寄存器、程序计数器、控制器等

4 寄存器，计数器，控制器等组成芯片-cpu

1 三极管组成门电路

如下图：

2 门电路构成触发器

3 由触发器构成寄存器/程序技术器，控制器等

4 由寄存器等构成电脑的cpu:

注意到，图中的通用寄存器，标志寄存器，段寄存器，EU控制器，总线控制器等元器件。

这些元器件都是由基本的触发器，或者逻辑电路组成的。

基本的触发器/逻辑电路都是由门电路组成的

门电路都是由三级管，电阻，电容等电子元器件组成的

电子元器件都是由土地中的各种材料组成的

因为类似电脑这种cpu的芯片是当今社会的核心中的核心技术：

所以，土可发黄金，土可生白玉，土中自有黄金屋，土中自有颜如玉。

这里是一个电子元器件

把这种电子元器件做小了，做微小，做得非常非常小

就是微小的电子元器件

放到一个很小的电路板上

如下图：

就是芯片了

就是由非常多非常多的三极管，大规模的三极管构成的电路

所以，芯片又叫做大规模集成电路

说了这么多，其实是为了引出今天要讨论的主角：触发器。

触发器这个角色，可以说是承上启下。

触发器它是由门电路构成的

触发器又可以构成将要直接构成cpu的寄存器。

所以，我就想先把触发器讲清楚。

触发器

触发器里的这个触发是什么意思？

触发，有点像点火触发的意思

我们这里是指：一个集成门电路，这个集成门电路可以输出高低电平，代表0/1.

那么，这个集成门电路什么情况下输出高电平，什么情况下输出低电平？
当它被一个信号触发时，它就输出与触发信号相应的高/低电平。

这就是触发器的字面意思了。

那我们来看这样一个触发器。

如表4.1.1中所示的一个触发器。

这个触发器就是当你给它的两个引脚S’=1,R’=0时，触发器的输出Q就会被触发为0.

这个触发的意思是，无论之前触发器的两个触发引脚 S’，R’的值为几，也无论之前触发器的输出引脚Q值为几。

只要现在我们给这两个触发引脚设置为S’=1,R’=0,那么触发器的输出引脚必定为0.

并且

并且当触发信号消失以后，消失就是S=0,R=0时，即S’=1,R’=1时，触发器的输出Q仍然为0，不会因为触发器的触发信号的消失而改变。

所以，触发器有一个重要的，让人容易忽略的性质：当触发信号消失后，触发器的输出Q需要保持住。

为什么叫触发，就是因为用一个信号触发一下，就可以一直保持触发后的输出值。

这里：S’ = 1-S,R’=1-R

触发信号撤销，意味着S=0,R=0,所以S’=1,R’=1.

所以，我们看触发信号是否消失，主要是看S’变为1,R’变为1时，触发器的输出是否改变

我们再看4.1.1真值表

当触发信号S’=0，R’=1时，触发器的输出为Q=1

当触发信号撤销时，即S’=1,R’=1,触发器的输出仍然为Q=1

我们再看4.1.1真值表

当触发信号S’=1，R’=1时，触发器的输出为Q不变。

这个不变的意思就是这个触发信号无效，不改变触发器的输出，因为它本来就是触发信号撤销后的信号值。

我们再看4.1.1真值表

当触发信号S’=0，R’=0，然后再将信号撤销，撤销后，触发信号相当于S’=1,R’=1,这时，触发器的输出为Q不确定。
这个不确定时啥意思？

是因为输出信号Q时而为0，时而为1，所以叫不确定。

再详细解读一下：

S‘=0，R’=0时，Q =Q’=1.

然后撤销信号，即S’=1,R’=1

经过一轮门电路输出后，Q=Q’=0

再经过一轮门电路输出后，Q=Q’=1

经过一轮门电路输出后，Q=Q’=0

再经过一轮门电路输出后，Q=Q’=1

。。。

一直这样循环下去。

这个是理论上的结果。

但是，因为G1，G2是不同的与非门，所以两个门的工作时间是不同的，假设G1响应较快，而G2相对响应较慢。

此时

撤销信号到来，S’=R’=1

G1先工作，Q=0，

然后G2工作， Q=0，和R’=1经过G2，得到Q’=1,

然后G1工作， Q’=1,S’=1经过G1,得到Q=0

然后G2工作， Q=0，和R’=1经过G2，得到Q’=1,

然后G1工作， Q’=1,S’=1经过G1,得到Q=0

。。。

此时，我们发现Q由由来的1变为了0，并且稳定在零上了。

但是这是真正的稳定么？

G1工作一定快么？万一慢呢？

慢了的话，就是G2先工作，Q‘=0， 然后G1工作，Q就稳定在1上了。

我们得出结论：

如果G1较快，那么Q =0

如果G2较快，那么Q = 1

如果G1，G2同样快，那么 Q在变换。

总之， 用R’=0,S’=0作为触发信号，触发器的输出是不确定了，所以，我们使用这个触发器的时候，R’=0,S’=0不是有效的触发信号。

那，什么是有效的触发信号呢？

S‘=1，R’=0，触发器将输出0

S‘=0，R’=1，触发器将输出1

这就是有效的触发信号。

我们也就实现了触发信号触发保持的功能。

再来说说，触发信号为啥叫 S’和R‘

这里S 为 set,设置的意思

这里R为reset,为清零的意思

S=1，就是设置有效，就是S’=0(因为S’=1-S),

R=0 就是清零无效，就是 R’=1，

此时，Q =1，可以理解为被设置成了1。

也就是：S端，设置端为1时，Q=1

那么当我们S端为0时，Q是否等于0呢？

我们验证一下：

S=0，就是设置无效，就是S’=1(因为S’=1-S),

R=1 就是清零有效，就是 R’=0，

此时，Q =0，可以理解为被设置成了0。

也就是：S端，即设置端为0时，Q=0

也就是：R端，即清零端为1时，Q被清零了。