一文详细区分寄存器、锁存器和触发器

你有没有遇到过这样奇怪的事：你一直以为自己知道某件事，但当你试着向别人解释它时，你才发现自己的论述中存在漏洞和逻辑上的差异？这就是我最近所遇到的情况，当时有人问我锁存器和触发器之间的区别，以及为什么它们都与寄存器有关。

取决于一个人的背景，这在电子学中可能是个有点主观的领域，而随着术语的不断发展，我们又可能对此产生进一步混淆。因此，本文要做的就是以我的理解来解释这些事物，然后欢迎各位专家发表评论，以便了解我的观点是否获得认同。

寄存器和寄存器文件

我们在微控制器（MCU）等电子系统中存储数据的方式之一是在寄存器中。一些寄存器由一个位/比特组成，而另一些寄存器由多个位组成。“寄存器文件”一词则是指一组共享通用功能和目的的寄存器。

寄存器的特性与半导体存储器相类似，例如每个基元/单元可存储一个二进制数字或位（以0或1的形式表示）。但是，存储器往往用于存储相对大量的信息（指令和数据），而寄存器则更趋于专业化，用于实现记住配置和控制信息、保存输入/输出值，以及临时存储逻辑或算术运算结果等任务。

另一个区别是存储单元往往相对简单，需要尽可能少地使用晶体管来完成工作。这是因为它们太多了，因此就功耗而言应保持小巧、快速和简约。相比之下，寄存器由于数量要少得多，因此在大小和功耗方面约束就比较少，并且通常具有与硬件相关的更高级的特殊控制和功能。

锁存器和触发器

每个寄存器单元的核心都是一个双稳态电路，据此就可以以0或1的形式存储信息。这种电路可能有一个或多个控制输入，可能有一个数据输入，以及一个或两个输出。如果有第二个互补的QB输出存在，那么它将呈现与主输出Q相反或互补的逻辑值。

就控制信号而言，这种电路可以是电平触发（异步，透明或不透明）或边沿触发（同步或时钟）方式。前者的一个例子是置位复位锁存器（SR锁存器），后者的一个例子是数据型触发器（D型触发器），

图 1 ： SR锁存器和D**型触发器的图形符号及真值表对比。

触发器一词通常在这种电路的背景下使用，因为这种电路在两种状态之间来回触发翻转。历史上，“触发器”一词通常包含电平触发和边沿触发两种类型。但是最近，“锁存器”一词被普遍用来指代电平触发的版本，而“触发器”一词则用来指代边沿触发的版本。常见的寄存器类型如下：

• SR锁存器（“置位复位”）
  • 或非
  • 与非
  • 与或
• JK锁存器
• 门控SR锁存器（“置位复位”）
• 门控D锁存器（“数据”）
• Earle锁存器
• D型触发器（“数据”）
• T型触发器（“翻转”）
• JK型触发器

顺便说一句，JK类型被认为是最通用的锁存器和触发器，因为可以考虑将JK锁存器用作SR锁存器，同时可以将JK触发器配置为D型或T型触发器。

多谐振荡器

多谐振荡器是一种用于实现各种简单两态功能的电子电路。多谐振荡器有以下三种类型：

• 无稳态多谐振荡器在两种状态下均不稳定，而会不断地从一种状态切换到另一种状态（不需要外部触发器），因此起到张弛振荡器的作用。
• 单稳态多谐振荡器仅在一种状态下稳定。在触发脉冲的激励下，它将进入不稳定状态，并在这种状态保持一段所设定的时间，然后返回稳定状态。单稳态多谐振荡器也称为“单触发”，可用于生成固定持续时间的脉冲，而作为对某些外部触发事件的响应。
• 双稳态多谐振荡器在任一状态下都是稳定的，它可以通过施加外部触发脉冲从一种状态切换到另一种状态。

之所以在此提及多谐振荡器，是因为双稳态多谐振荡器可用于存储一位信息，也即所谓的触发器。

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