鎖存器和觸發(fā)器區(qū)別 鎖存器和觸發(fā)器與寄存器的關(guān)系

你有沒有遇到過這樣奇怪的事：你一直以為自己知道某件事，但當(dāng)你試著向別人解釋它時(shí)，你才發(fā)現(xiàn)自己的論述中存在漏洞和邏輯上的差異？這就是我最近所遇到的情況，當(dāng)時(shí)有人問我鎖存器和觸發(fā)器之間的區(qū)別，以及為什么它們都與寄存器有關(guān)。

取決于一個(gè)人的背景，這在電子學(xué)中可能是個(gè)有點(diǎn)主觀的領(lǐng)域，而隨著術(shù)語(yǔ)的不斷發(fā)展，我們又可能對(duì)此產(chǎn)生進(jìn)一步混淆。因此，本文要做的就是以我的理解來解釋這些事物，然后歡迎各位專家發(fā)表評(píng)論，以便了解我的觀點(diǎn)是否獲得認(rèn)同。

寄存器和寄存器文件

我們?cè)?a target="_blank">微控制器（MCU）等電子系統(tǒng)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式之一是在寄存器中。一些寄存器由一個(gè)位/比特組成，而另一些寄存器由多個(gè)位組成。“寄存器文件”一詞則是指一組共享通用功能和目的的寄存器。

寄存器的特性與半導(dǎo)體存儲(chǔ)器相類似，例如每個(gè)基元/單元可存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字或位（以0或1的形式表示）。但是，存儲(chǔ)器往往用于存儲(chǔ)相對(duì)大量的信息（指令和數(shù)據(jù)），而寄存器則更趨于專業(yè)化，用于實(shí)現(xiàn)記住配置和控制信息、保存輸入/輸出值，以及臨時(shí)存儲(chǔ)邏輯或算術(shù)運(yùn)算結(jié)果等任務(wù)。

另一個(gè)區(qū)別是存儲(chǔ)單元往往相對(duì)簡(jiǎn)單，需要盡可能少地使用晶體管來完成工作。這是因?yàn)樗鼈兲嗔?，因此就功耗而言?yīng)保持小巧、快速和簡(jiǎn)約。相比之下，寄存器由于數(shù)量要少得多，因此在大小和功耗方面約束就比較少，并且通常具有與硬件相關(guān)的更高級(jí)的特殊控制和功能。

鎖存器和觸發(fā)器

每個(gè)寄存器單元的核心都是一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路，據(jù)此就可以以0或1的形式存儲(chǔ)信息。這種電路可能有一個(gè)或多個(gè)控制輸入，可能有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入，以及一個(gè)或兩個(gè)輸出。如果有第二個(gè)互補(bǔ)的QB輸出存在，那么它將呈現(xiàn)與主輸出Q相反或互補(bǔ)的邏輯值。

就控制信號(hào)而言，這種電路可以是電平觸發(fā)（異步，透明或不透明）或邊沿觸發(fā)（同步或時(shí)鐘）方式。前者的一個(gè)例子是置位復(fù)位鎖存器（SR鎖存器），后者的一個(gè)例子是數(shù)據(jù)型觸發(fā)器（D型觸發(fā)器），詳見圖1。

圖1：SR鎖存器和D型觸發(fā)器的圖形符號(hào)及真值表對(duì)比。

觸發(fā)器一詞通常在這種電路的背景下使用，因?yàn)檫@種電路在兩種狀態(tài)之間來回觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。歷史上，“觸發(fā)器”一詞通常包含電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)兩種類型。但是最近，“鎖存器”一詞被普遍用來指代電平觸發(fā)的版本，而“觸發(fā)器”一詞則用來指代邊沿觸發(fā)的版本。常見的寄存器類型如下：

SR鎖存器（“置位復(fù)位”）

• 或非
• 與非
• 與或

JK鎖存器

• 門控SR鎖存器（“置位復(fù)位”）
• 門控D鎖存器（“數(shù)據(jù)”）
• Earle鎖存器
• D型觸發(fā)器（“數(shù)據(jù)”）
• T型觸發(fā)器（“翻轉(zhuǎn)”）
• JK型觸發(fā)器

順便說一句，JK類型被認(rèn)為是最通用的鎖存器和觸發(fā)器，因?yàn)榭梢钥紤]將JK鎖存器用作SR鎖存器，同時(shí)可以將JK觸發(fā)器配置為D型或T型觸發(fā)器。

多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種用于實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單兩態(tài)功能的電子電路。多諧振蕩器有以下三種類型：

無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器在兩種狀態(tài)下均不穩(wěn)定，而會(huì)不斷地從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)（不需要外部觸發(fā)器），因此起到張弛振蕩器的作用。

單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器僅在一種狀態(tài)下穩(wěn)定。在觸發(fā)脈沖的激勵(lì)下，它將進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，并在這種狀態(tài)保持一段所設(shè)定的時(shí)間，然后返回穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器也稱為“單觸發(fā)”，可用于生成固定持續(xù)時(shí)間的脈沖，而作為對(duì)某些外部觸發(fā)事件的響應(yīng)。

雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器在任一狀態(tài)下都是穩(wěn)定的，它可以通過施加外部觸發(fā)脈沖從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)。

之所以在此提及多諧振蕩器，是因?yàn)殡p穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器可用于存儲(chǔ)一位信息，也即所謂的觸發(fā)器。
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