计算机如何记忆?
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引言
大家好!最近我一直在学习电脑的工作原理,最近的一个视频中,我探索了使用二进制表示数字,并使用简单的逻辑门进行加法和减法运算。但今天我想要讲的是,电脑如何记住它所处理的这些数字。我先做了一个简单的电路,按照我在网上找到的一个小图纸进行搭建。我连接了这根红线,灯就亮了。但有趣的是,当我拔掉这根线时,灯依然亮着——所以电路能够记住状态。另一根线可以用来关闭灯,所以我们可以把这两根线看作是电路的Set(设置)和Reset(重置)输入信号。接下来,我将用这个上一集中实现加法和减法的小模拟程序,尝试构建一些神秘的存储器。
如何保存电脑中的数据
在开始介绍电脑的存储器之前,我们需要先了解如何保存数据。计算机中的存储器是用来存储和读取数据的设备,它能够长时间保存数据,即使电源关闭。存储器通常由很多存储单元组成,每个存储单元能够存储一个或多个数据位。
使用电路实现简单的存储器
我们可以使用逻辑门构建一个简单的存储器电路。通过将多个逻辑门连接起来,并使用一些输入信号控制其输出信号的状态,我们可以实现存储器的功能。在这个例子中,我们使用了AND门、OR门和NOT门来构建一个Set-Reset(SR)锁存器电路。通过给Set输入信号提供信号输入OR门,然后对Reset输入信号进行反相操作,再通过AND门控制输出信号,我们可以实现存储器电路的功能。
构建一个SR锁存器
SR锁存器是一种简单的存储器电路,它有两个输入信号:Set和Reset。当Set输入信号为高电平时,锁存器处于"set"状态,输出为高电平;当Reset输入信号为高电平时,锁存器处于"reset"状态,输出为低电平。通过控制Set和Reset信号的状态,我们可以实现在特定时间点将数据存储到SR锁存器中,并在需要时将数据读取出来。
将SR锁存器升级为数据锁存器
SR锁存器功能受限,无法控制何时存储数据。为了解决这个问题,我们将SR锁存器升级为数据锁存器。在数据锁存器中,我们将使用额外的信号来控制存储器何时接收和存储数据。通过添加DATA输入和STORE信号,我们可以将数据输入到数据锁存器中,并通过时钟信号在特定时间点存储数据。
时序电路与同步数据锁存器
为了更好地控制存储器,并使其在特定时间点读取和存储数据,我们需要使用时序电路。时序电路使用时钟信号来同步各个部件的工作,确保数据在特定时刻被正确地读取和存储。通过使用时序电路和同步数据锁存器,我们可以在时钟信号的上升沿或下降沿将数据存储到存储器中,并在需要时读取数据。
构建多位数据存储器
单个数据锁存器只能存储一个数据位,为了存储更多的数据,我们可以将多个数据锁存器连接起来,构建一个多位数据存储器。通过将多个数据锁存器同时工作,并连接它们的输入和输出信号,我们可以实现存储和读取多个数据位的功能。
使用存储器进行加法运算
将数据存储到存储器中后,我们可以将存储器用于加法运算。通过将两个存储器的输出信号输入到加法器中,并将结果存储到另一个存储器中,我们可以实现两个数的加法运算。这种方法可以扩展到多位数据的加法运算。
总结
在本文中,我们学习了如何使用电路构建存储器,并探索了不同类型的存储器电路。我们从简单的SR锁存器开始,然后升级为数据锁存器,并引入了时序电路来控制存储器的操作。我们还了解了如何构建多位数据存储器,并将存储器用于加法运算。这些基础概念对理解计算机的内部工作原理至关重要,将为我们在以后的文章中深入探讨更高级的主题打下坚实的基础。
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