前言：

放假有一週的時間，到家也有四五天的時間了，這幾天把《code》好好的看了一遍。儘管之前也有草草翻過，但是把時候我就曾告訴自己，無論如何都是要把書中的這些東西都實現一遍的。於是說幹就幹，這幾天基本上就在搞這些東西了。這些學習成果要感謝餘富帥給我傳的軟體以及一些推薦。

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閱讀此文，你需要擁有以下基礎：

1.小學代數相關知識；2.初中電路；3.高中閘電路相關知識；4.二進位制和十進位制的轉換（這一點不會也沒有關係）。

        前面三節已經解決了任意位數的加減法運算器的構造方案，提出了一些問題——人類有時候不想把什麼資料都自己記著，總是想找個東西存住他們。如何設計一個基本電路來實現呢？

        首先分析一下需求：1.在發出命令後能記住命令；2.命令發出後即使停止發出命令也能持續記住命令。

        第一點是在是太好做到了，只需要一個輸入端即可。如下圖，輸出端和輸入端保持一致。當輸入資料為1，輸出就是1，輸入0，輸出0.

但是第二點似乎有點困難。想把資料記住就意味著輸入1之後，再輸入0，輸出仍然是1.或者說輸入0之後，再輸入1，輸出仍然是0——輸出位一直保持他第一次變化的狀態。仔細想一想，為了讓輸出位出現1後一直保持1，這也不難做到——只需要把輸出和輸入取或運算即可。如圖：

剛開始，輸入輸出都是0：

緊接著，輸入1，輸出也變成1——記住了這個狀態：

當不再輸入1的時候，由於自己的輸出1支援了或運算的輸入，所以輸出仍保持1的狀態：

這樣一來，不論我再怎麼變化輸入端S,輸出端Q始終保持1，這就把1給記住了。

但是問題遠沒有解決——如果我想儲存‘0’，而不是‘1’怎麼辦？如果我想擦除這個記憶，再重新寫入其他資料怎麼辦？

這也很好辦！只需要增加一個輸入端來控制‘復位’即可：

其中R就是新加的輸入位——復位位。不難想象，當R位值為0時，這個電路和上面的電路沒有任何區別（不妨試試）。當S輸入一次1後，Q就會一直保持1的狀態，不管之後S怎麼變化：

但是當R輸入端輸入1的時候不難想象會發生什麼情況——首先最上方的或運算輸出1，經過非門輸出轉變成0，所以Q會被清零。即使S端再輸入1，只要R端一直輸入1，Q就會一直是0.

這樣，就可以總結一下了，如下表：

為什麼沒有列出R,S都是1的情況呢？試想，邊寫入資料邊復位，這不是閒的eggache嘛？儘管這樣做不會導致任何錯誤，但是沒有實際意義，所以忽略不計。

仔細觀察上表，可以得出一個結論：

1）當R,S都是0的時候Q儲存住了最近一次操作的值，巨集觀上看就是當即不寫入資料也不復位的時候，輸出埠一直保持之前存入的狀態Q（可能是1也可能是0）；

2）當R,S中有一個是1時，另一個必然是相反狀態的——這時候要麼會寫入1，要麼會寫入0，而寫入的是什麼和S端的值保持一致！也就是說想要儲存什麼，就讓S是什麼，讓R取一個相反的值就好了！

當只考慮寫入資料的時候，這兩個輸入端可以歸結成一個輸入端——一個對另一個取反即可：

（圖1）

但是我們要做的RAM是有要很多個這樣的儲存單元的，每一個儲存單元總會有‘不寫入資料’的時候，在這個時候，必須改進一下電路使得電路滿足：1.當該寫入的時候可以隨意寫入；

                                                            2.當不寫入的時候能儲存上一次寫入的狀態，並且輸入端不論怎麼輸入儲存的儲存值也不會變。

那麼應該怎麼辦呢？加入一個控制輸入埠吧~當控制埠是1的時候才能進行寫入，當是0的時候不論S端輸入什麼都不影響Q的值，這個改進的電路看起來很好理解——：

紅色線框內的電路就是我們之前設計好的電路的後半部分，他的輸入輸出真值表就是之前那個表格。

1）當保持位是0的時候，代表不往這個儲存元中寫入東西，不管S怎麼輸入，都不會影響到紅色的電路——兩個大大的‘與門’死活都不變——就輸出0，當兩個輸入都是0的時候，從之前的真值表不難看出，Q會保持自己之前的值——記憶住了！

2）當保持位是1的時候，代表該往這個儲存元裡寫入東西了，S的輸入將會和圖1的電路一樣（其實是等價的），寫什麼就存什麼。

好了，現在我們就可以來試一試這個儲存器到底聽不聽話了~

首先點亮（輸入1）保持位，表示我要開始寫入資料啦~

這時我的S端是0，也就是說往這個儲存器裡寫入0，果然Q端就是0.

現在我想寫入1，我點亮S（輸入1）：

Q立即就變成1，寫入1成功！

現在我想把這個‘1’的狀態保持住，不再往裡寫入任何資訊了，那麼我要做的僅僅是讓保持位輸入0.：

這時候不論我怎麼輸入S，儲存器的Q端都牢牢的記住了我需要他記住的‘1’。比如我現在輸入S端為0，Q無所動——他已經記住之前的‘1’啦~

現在我們在回顧一下整個電路：保持位就相當於是一個箱子（Q）的蓋子，當他開啟（輸入1）的時候，可以把S放進去，S是什麼箱子裡(Q)就會有什麼，當把蓋子關上的時候（保持位輸入0），箱子禁閉，再怎麼放S都放不進去，裡面已經儲存了之前放進去的值了。這個過程是可重複的——我們設計的這個儲存器可以多次利用。

如果你學過C，或者瞭解過記憶體構架，就應該瞭解‘地址’這一概念，當我把許許多多個這樣的儲存元連在一起的時候，每個儲存元都有一個相應的地址，舉個例子，在C++裡面我們定義一個bool值：bool a = true,那麼計算機就會找到一個空閒狀態的儲存元，把true，也就是1寫入這個儲存元，那麼寫入的過程就可以簡單的認為是：

1.尋找空閒地址；

2.找到空閒地址（比方說是0x0001）；

3.把地址是0x0001的儲存元的保持位開啟——輸入1，其他地址的儲存元的保持為關閉——輸入0；

4.這時在資料匯流排S上寫入1，這時，每個儲存元的S端都會輸入1，但是隻有地址是0x0001的儲存元的保持位是1，所以只有他一個儲存元會寫入1；

5.關閉0x0001的保持位。

這樣，1就被存到記憶體裡了。

我們稱這個儲存元叫單位鎖存器。

當然，這僅僅是一種最初始的儲存方式，隨著科技的發展不同的儲存方式層出不窮，但是理解這種最簡單的儲存方式總是沒壞處的。

但是人類總是不能滿足的，到這裡很容易得出這樣的問題：

1.保持位必須保持一段時間是1才能寫入資料，這在運算速度指數擴增的今天會不會容易導致低效和出錯？

2.怎麼樣才能保證輸入的記憶體的地址轉換成具有那個地址的獨特的鎖存器保持為輸入1，而其他鎖存器的保持位輸入0呢？

3.如何把這種鎖存器連線起來變成一個幾K，甚至幾G的記憶體晶片呢？

這些問題，我們馬上就能解決。（未完待續）

至此，一個單位鎖存器就設計完成了。