寄存器-触发器-锁存器区别与联系

寄存器-触发器-锁存器区别与联系

1.1 寄存器

在实际的数字系统中，通常把能够用来存储一组二进制代码的同步时序逻辑电路称为寄存器．由于触发器内有记忆功能，因此利用触发器可以方便地构成寄存器。由于一个触发器能够存储一位二进制码，所以把n个触发器的时钟端口连接起来就能构成一个存储n位二进制码的寄存器。

1.2 锁存器

由若干个钟控D触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路。数据有效迟后于时钟信号有效。这意味着时钟信号先到，数据信号后到。在某些运算器电路中有时采用锁存器作为数据暂存器。

1.3 缓冲器

缓冲器相当于一个寄存器，暂时保存数据.缓冲是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。除了在关键的地方采用少量硬件缓冲器之外，大都采用软件缓冲。软件缓冲区是指在I/O操作期间用来临时存放输入/输出数据的一块存储区域。在操作系统中，引入缓冲的主要原因如：

缓和CPU与l/0设备间速度不匹配的矛盾。一般情况下，程序的运行过程是时而进行计算，时而进行输入或输出。以输出为例，如果没有缓冲，则程序在输出时，必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待;然而在计算阶段，打印机又无事可做。如果设置一个缓冲区，程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中，然后继续执行;而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。

1.4 寄存器和锁存器的区别

（1）寄存器是同步时钟控制，而锁存器是电位信号控制。

（2）寄存器的输出端平时不随输入端的变化而变化，只有在时钟有效时才将输入端的数据送输出端（打入寄存器），而锁存器的输出端平时总随输入端变化而变化，只有当锁存器信号到达时，才将输出端的状态锁存起来，使其不再随输入端的变化而变化

可见，寄存器和锁存器具有不同的应用场合，取决于控制方式以及控制信号和数据之间的时间关系：若数据有效一定滞后于控制信号有效，则只能使用锁；数据提前于控制信号而到达并且要求同步操作，则可用寄存器来存放数据。

一、锁存器

1. 锁存器的工作原理

锁存器不同于触发器，它不在锁存数据时，输出端的信号随输入信号变化，就像信号通过一个缓冲器一样；一旦锁存信号起锁存作用，则数据被锁住，输入信号不起作用。锁存器也称为透明锁存器，指的是不锁存时输出对于输入是透明的。

锁存器原理见图

锁存器

是锁存控制信号输入端，D数据输入端，Q和是数据互补输出端。

Ⅰ：=0，左与门被封锁,被封锁

输出∴

Ⅱ：时，分两种情况

(a) 输出，所以D不影响

(b) 输出，所以D也不影响

∴结论：原来状态不被改变，D不影响.

由上述分析看出：

也就是说, 由01时刻将数据D锁定并保持，直到由10.

本例锁存器是控制信号上升沿锁存数据，高电平保持，非号的意义是低电平

时输入数据可以直达输出端。有的锁存器是控制信号C下降沿锁存低电平保持，即加一个非门将控制信号C反相；有的锁存器在输出端加一个三态门，由另一个控制信号OC控制；另外还有的锁存器带有直接置0（清除）、置1（预置）输入端，等同于触发器的R D，S D端。

集成锁存器有多种型号，如 TTL的74LS77,74LS363等，也有CMOS的如4508，4042，74HL373等，需要使用时可以查阅手册。

二、数据寄存器

寄存器用于寄存一组二值代码，它被广泛的用于各类数字系统和计算机中。因为一个触发器能储存1位二值代码，所以N个触发器组成的寄存器能储存一组N位二值代码。

对寄存器中的触发器只要求它们具有置1，置0的功能即可，因而无论是用同步RS结构触发器，还是用主从结构或边沿触发结构的触发器，都可以组成寄存器，一般由D触发器组成。

下图给出一个4位数码寄存器，时钟CP被称为存数指令或存数命令，在CP脉冲的上升沿时刻，各触发器将各自数据输入端D的数据存入，除此时刻，无论CP是低电平、高电平、还是下降沿，各触发器保持各自的数据不变。

四位数码寄存器

三、移位寄存器

寄存器只有寄存数据或代码的功能。有时为了处理数据，需要将寄存器中的各位数据在移位控制信号作用下，依次向高位或向低位移动1位。具有移位功能的寄存器称为移位寄存器。移位寄存器按数码移动方向分类有左移，右移，可控制双向（可逆）移位寄存器；按数据输入端、输出方式分类有串行和并行之分。

1. 串行码与通信

数据通信几乎都用串行方式将传送的数据按时间顺序一位一位地传送，以节省电缆芯线条数，但是在终端的数据处理是并行的，这就需要在发送端将要发送的并行数据变成串行数据才能发送，而在接收端需要将接收到的串行数据再转换成并行数据进行处理，这些转换工作是由移位寄存器完成的。

2. 串入并出移位寄存器

4位串入并出右移寄存器

上图是一个简单的4位右移寄存器，在移位指令（CP脉冲）作用下输入数据D 存入FF3，Q3的状态移存到FF2，由此得到逻辑式：

在四个CP脉冲之后，将四个串行码移位存入4个触发器，取出数据方式是在所有的触发器地Q端同时取出，称为并行输出，移位寄存器即完成了串行码到并行码的转换功能。

假设输入串行码为4位二进制数1011，输入方式为低位在先，也就是按1101地顺序依次输入，可以分析动作特点：

经过4个时钟脉冲后，1011出现在寄存器输出端,这样就将串行输入D的数据转换为并行输出。同时在第八个时钟脉冲作用后，数码从端全部移出寄存器，这说明存入该寄存器中的数码也可以从端串行输出。

既可以右移，又可以左移，而且除了D边沿触发器构成移位寄存器外，还可以用诸如JK等触发器构成移位寄存器。

3. 并入串出移位寄存器。

4位并入串出右移寄存器

上图是一个简单的4位右移寄存器

◆取样方式M=1时，CP的作用是取样指令。在CP的作用下，输入数

据~通过与非门存入~,即出现在输出第一个数据。

◆M=0时，封锁数据输入的与门，CP脉冲的作用也相应的转变为移位指令用逻辑式表示：

假设输入并形码为1011输出方式位低位在先，也就是按1、1、0、1顺序输出，我们可以画出状态表和波形图。