电脑原理：振荡器，触发器和锁存器

作者： dong

这次的内容对一部分人来说非常无聊‏‏，对另一部分人来说应该比较有趣。对于只想听干货的同学‌‌，可能要失望了‎‏，振荡器‏‍，触发器和锁存器说难吧‍‍，肯定难度不能算特别大‌，但是‏‎，一般人也不太可能花20多分钟‎‌，在上班的路上或者睡觉前听个电台就能完全搞定‌‏，这不现实！简单来说‎‎，振荡器也被叫做时钟‌‏，通过名字就能猜个八九不离十‎‎，clock‌‏，肯定是一种计时的东西。我们现在谈论CPU的频率3.5GHZ‎‍，就是和振荡器相关的东西‎‌，如果有兴趣的话‌‎，等一会儿再说。还有一个是触发器，这玩意是电脑必不可少的东西‌‌，使用触发器电路，可以保存信息‌‏，否则电脑连最基本的计数功能都完不成‌，更别说用电脑看个电影这么复杂的需求了。还有一个是锁存器‍，就是让电路锁住一个数据‌‌，以备以后使用‏，比如‏‍，以前讲的加法器‏‍，连续的对几个数字进行加法‏，其中的中间值就要使用锁存器来锁住。

好了‏‏，这三个东西的作用就是这些‍‏，细节的工作原理我不认为我可以在20分钟内讲清楚‏‌，因为牵扯到大量的电路图‎‏，这些电路图可以在课本《微机原理》上找到‍‍，我就尽量胡诌一下。

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振荡器这个东西‎‍，还是比较简单的‌‏，就是震荡啊‏‏，脑震荡也是一种非常形象的震荡。只是这里的震荡是用电产生的‏‌，脑震荡是用拳头产生的。电这个东西非常神奇‏，栋哥是在2000年左右上的大学‌‏，那时候我还没有MP3‍‍，更没有手机‎‌，虽然穷‏‍，但是各方面还是很正常的‍，因此对音乐和女同学都有大部分人都有的需求‍，我买了一个sony的walkman来听歌‍‌，听磁带。电池就让耳机里的磁芯震动‏‎，我就可以听到张学友的歌曲了‍，或者一些民谣‎‌，这也算是震荡的一种‌‏，只是歌曲是不规则震荡‍，如果太规则了，歌曲也就不好听了。还有一种震荡‏‎，是规则的震荡‏，就是古老的电铃‏‍，现在的电铃都是电子器件了‌，我上初中的时候‏，要学习古老的电铃的电路图‌‌，我在网上找了一个‎，有兴趣的可以看一下。一个电池‍‍，一个电磁铁‌，一个弹簧片就能做一个电铃。

古老的电铃之所以能响‍，是因为当按电铃的时候‎，电路接通，弹簧会上下跳动‏，弹簧上接着一个小锤子‍，小锤子再敲击金属锣‏‌，电路不停的断开或者接通‌，然后就能发出声音了。

👆🧳🍒🚷🐅‎在前面我就说过‏，电铃实际上是一个反向器‌‌，其中的继电器会在连通和断开之间反复交替，直到我们把手从电铃的按纽上拿开。我们设想一个极端的情况‍‍，电铃的电路没有开关‎‏，一直是接通的‌，这样的话‏‌，只要有电‎‏，电铃会一直响。考虑一个问题‌‎，电铃的锤子两次敲击之间是有时间间隔的‍‎，可能是0.1秒‌‌，可能是0.2秒，这个具体时间我不知道‎‎，但是肯定有个时间间隔。要记住‎‍，电铃的本质是一个反向器‍‎，他的工作原理就是在两个状态之间来回切换‏，在计算机中‌‌，我们给这种电路起了另外一个名字‌，叫振荡器‎‌，如果还叫电铃的话显得比较low‏，要换个名字‎‌，但是原理是一样的。

不止在计算机领域‎，在现实生活中，换个名字的情况层出不穷‏，比如失业不叫失业叫下岗‌‎，贫民窟不叫贫民窟叫棚户区‌‏，别人不想聊天了不好意思说‍‌，就说去洗澡了‌‎，其实意思是一样的。所以以后听到别人说反向器的时候‏‍，心里要想到古老的电铃‏，原理是一样的。

以后我就不说电铃了‏，我开始说振荡器。振荡器的神奇之处在于‎‌，不需要人为的干涉‍‍，他就开始不知疲倦的干活了‍‍，完全的自动自发。只有一个振荡器用处并不大‌‍，只有和其他的电路一起的干活‍‎，才能完成有意义的工作。在所有的计算机中‏，一定要有振荡器‍‏，所有的计算机部件才能在相同的频率下工作‌‏，类似于有个人在喊口号‍，所有的电路都要按照这个口号一起工作。
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电铃两次敲铃之间肯定有时间间隔‎‎，至于时间间隔多长‍‏，取决于硬件‏，不同的电铃周期不同。这个和人一样‎‌，不同的人有不同的周期，有的人号称一夜七次郎，我大概是十次郎吧。不同的CPU也不同‎‌，相同时间内计算次数越多的CPU‍，价格也越贵。再来说一下周期的概念‎‌，从某个初始状态开始‍，经过一段时间‏，又回到初始状态的这段时间‎‎，称之为一个周期。比如说那个一夜七次郎，在床上躺了9个月以后‍‏，在中西医的各种调理下‏，鬼门关走了一圈‎，终于恢复了初始状态‏，那么这个老兄的周期大概是9个月。

人的周期可以是个大约数‎‎，对电脑来说‎‎，必须是精确数‌‏，有一个单位专门来表示这个概念，这个单位是众所周知的赫兹‎‏，周期的倒数就是频率。赫兹是发现无线电的人‌，我们都应该感谢他‌‎，如果没有他发现无线电‌，还真不知道不拿个手机‍‎，坐在马桶上能干点啥！

👂🗺🥄✡🐯‏关于振荡器就先说这些‎‍，等一会再说它‎‌，现在先说一下跷跷板和触发器的关系。跷跷板大家应该见过吧？我小时候经常玩‍‏，现在已经不玩了‏‍，当然这不是说我失去了童心‌‌，而是因为我增加了重量‏‍，以我的体重‎，已经没有谁可以和我玩跷跷板了‍‏，我只要坐上‎‌，跷跷板就变成了跷板‎‍，这真是个悲伤的故事。大家在脑子里想象几个跷跷板‍，基本上‏‎，跷跷板要么这边高‎，要么那边高‎‍，因为跷跷板的两个人不可能同时下来。人人都是福尔摩斯‌‏，通过跷跷板的状态‎‍，我们就可以推测出刚刚是哪个小朋友先下来的。从某种程度上说‏‌，跷跷板记录了以前的信息。触发器的各类很多‌‌，我觉得不太可能通过我的音频说清楚‎‌，毕竟栋哥不是搞知识变现的‌‎，不敢夸下海口说每天3分钟‍‍，用碎片时间就能学到电脑知识‏‍，我觉得3分钟想了解各种触发器是远远不够的‏‏，如果想深入了解具体工作原理‌‏，至少得花个3天吧。我只能说一下大概的原理。

触发器中有一种叫R-S触发器‌‌，这是最简单的一种触发器。比如说我们进入了一个黑房间‌‌，打开灯‍，灯就亮了‏‍，然后我又关上了开关‌‏，灯就灭了。如果我耍赖否认我曾经开过灯‍‏，如果没有录像‍‎，你很难说出个所以然‎，比如周立波曾经说他没有吸毒‏‌，这种事情很难说清楚。但是如果那个开关换成了触发器‍‌，那就不容易说谎了‍‏，当按下触发器的开关‌‍，灯亮了‏‎，接着你抬起了开关‍‍，你以为灯会灭‎‌，实际上灯还亮着。如果没有学过触发器的‍‌，会以为开关坏了‎‎，其实触发器就是这样‏，会记录下你干的事情‍‎，保存历史信息‍‏，触发器让电路具有记忆的功能。

如果有兴趣的人‌‏，我觉得还是自己去查一下‌，到底触发器是什么原理。刚刚说在RS触发器其实用处并不大‌，他只能记住哪一个输入端最近被输入了高电平‏‎，在电脑上‏‍，这个事情并不是特别有趣‌，在RS触发器上‎，两个输入端同时输入1是非法的‏‏，同时输入0没什么意义。如果能够记住上一个信号是0还是1就有用了。这需要一种更复杂的电路‌，研发一种新电路‌‏，这很浪费脑细胞‏‌，作为只肯吃干货从不动脑子的芸芸众生‏，我们就不用操心了‎，科学家对RS触发器进行了一番改进‍‌，弄出了电平触发的D型触发器‍‏，这是的D代表Data。这个电路图更复杂一些‌‍，但是正常人还是能看懂的。在电脑中‌‌，输入位是一个clock‌，还记得最开始的振荡器么？电铃。如果实在记不住‍，可以认为跷跷板上接了一个电铃吧。
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这个电路的作用是锁存一位数据并且保持它‏，以便将来使用。按照惯例‏，这个电路的功能增加了‌‍，得需要一个新名字了‌‌，他的新名字叫D型锁存器‍‎，另外一个新名字叫一位存储器‍‎，如果将多个D型锁存器组织在一起‍，就叫多位存储器。如果对电脑有兴趣，听到存储器应该会问这不就是内存么？是的‍，D型锁存器就是内存的基础‌‏，以后如果栋哥还继续挖坑的话，就再讲讲如何使用8-1选择器对今天所说的8个D型锁存器进行选择操作‎‌，然后将D型锁存器中的数据输出。译码器‍‎，选择器还有锁存器会组成一个新电路‎‎，他的名字叫随机访问存储器‏‎，一般我们喊他内存‍‌，100-200元就可以买一根。

从最简单的电铃开始‍‍，到振荡器‏，到触发器‎，到锁存器‍‍，到选择器‍‌，译码器‏‎，每次都是加上一两个小小的电路‍‌，然后就能完成稍微复杂一点的功能‎‎，再把这个电路改一个名字‏，最终竟然弄出来一台电脑‎‎，我个人觉得很有趣‏‍，如果你也觉得有趣‍‍，真应该拿一本《计算机组成原理》‍‏，一支笔‎‌，几张纸，花个2-3周的时间‎‏，画一画书上的电路图。当然了‎，这个可能比较没有意思‍‌，尤其是现在网上到处都是美女的直播‍‏，看她们露胸露大腿肯定比看书爽。