【计算机组成原理】寄存器的本质——锁存器
一.逻辑门电路
逻辑门的与门知道吧
逻辑门的或门听说过吧
逻辑门中的非门简单吧
基础知识就复习到这里（—...—）
二.AND—OR锁存器
如果把与门的其中一个输入与输出连接在一起会发生什么？
我们可以观察到，激活状态后无论IN1输入“1”或者“0”，OUT都总是“0”，因此我们就有了一个可以存储“0”的电路了！
那如果把非门的其中一个输入与输出连接在一起会发生什么？
我们可以观察到，激活状态后无论IN1输入“1”或者“0”，OUT都总是“1”，因此我们就有了一个可以存储“1”的电路了！
如果把我们两个电路同时连接起来，就可以组成一个名为“AND-OR锁存器”的电子器件：
当INPUT1=1,RESET=0时，输出如下（深色部分意味着电路通）：
当INPUT1=1,RESET=1时，输出如下（深色部分意味着电路通）：
如图上所示，在“与”逻辑电路中，由于两个输入“1”和“0”导致条件没有成立，所以“AND”这个电路没有通，这也意味着电路的输出（OUTPUT）1为上次锁保存到的1，也就意味着电路记住了1个bit的信息。
我们再来，当INPUT1=0,RESET=1时，输出如下（深色部分意味着电路通）：
这样可能很难发现问题所在，我们把前面三个图的输出汇总成一个表格：
发现问题了吗？其实RESET线是起到开关的作用！当RESET=1时，锁存器电路关闭数据输入，这时候不管INPUT1输入什么数据，OUTPUT端都是保存了上一次保存到的数据。当RESET=0时，锁存器电路打开数据输入，这时候INPUT1输入什么就会把上一次保存的数据替换掉，不信吗？那你尝试下把RESET打开，INPUT1输入0，不出意外你会得到以下表格：
PS:要是问最后两个结果为什么和之前不一样，请认真看看上面的文字
总结下：之所以叫锁存器，是因为它将1个值锁住保持不变，输入该值的操作被称为写入，输出该值的操作被称为读取。
三.门控锁存器
只要了解了前面的AND-OR锁存器，门控锁存器其实很容易理解，因为使用INPUT1和RESET这两个端口来储存数据一般人很难理解，所以在AND-OR锁存器基础上加多一个门锁电路，来控制数据是否允许被写入，这就叫做门控锁存器。电路图如下：
这个电路看起来似乎很复杂，其实你只要知道，只有当“允许写入线”打开时（输入为1），才允许电路放入需要保存的数据，而当“允许写入线”关闭时（输入为0），数据输入线输入啥都不会被储存（原理）。
四.寄存器
以上的锁存器只能保存一位数据，但用一排锁存器组成的电路就叫寄存器。多少位的寄存器就有多少个锁存器，比如以下有个八位的寄存器：
（这里借用B站宝藏课程：计算机速成课Crash Course Computer Science 的图片）
这八个寄存器用一个线来连接所有的“允许写入线”，当需要写入一个八位数据时，先接通“允许写入线”，紧接着就可以在“数据输入线”里把所要保存的数字传输进去。现今计算机中有很多名称的寄存器（PC计数寄存器、地址寄存器等等），但其实本质只是一个可以存N位数据的锁存器而已，至于怎么用就是人为定义的了。
当然，采用以上并排连接的方式在少位数的寄存器中或许可行，但在一些多位数的寄存器里就是耗费巨多线路的事情了（比如256bit寄存器，需要513根线），解决的办法就是矩阵。
（继续借用B站宝藏课程：计算机速成课Crash Course Computer Science 的图片）
将并排放置的寄存器改为网格，对于256位寄存器，我们将其放置为16x16的网格，如果启用某个寄存器，仅需要打开对应行和列的线：
真方便！
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