微型计算机的基本组成电路培训教材(PPT 87页)_10377
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微型计算机的硬件组成PPT课件
▪ 1982年的80286芯片虽然是16位芯片，但是其内部已包含13.4万个晶体 管，时钟频率也达到了前所未有的20MHz。其内、外部数据总线均为 16位，地址总线为24位，可以使用16MB内存，可使用的工作方式包括 实模式和保护模式两种。
▪ 三十二位微处理器的代表产品首推Intel公司1985年推出的80386，这是 一种全三十二位微处理器芯片，也是X86家族中第一款三十二位芯片， 其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到 33MHz。8 0386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位， 可以寻址到4GB内存。它除了具有实模式和保护模式 以外，还增加了 一种虚拟86的工作方式，可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多 任务能力。1989年Intel公 司又推出准三十二位处理器芯片80386SX。 它的内部数据总线为三十二位，与80386相同，外部数据总线为十六 位。 也就是说，80386SX的内部处理速度与80386接近，也支持真正的多任 务操作，而它又可以接受为80286开发 输入/输出接口芯片。80386SX 的性能优于80286，而价格只是80386的三分之一。386处理器没有内 置协处理器，因此不能执行浮点运算指令，如果您需要进行浮点运算时， 必须额外购买昂贵的80387协处理器芯片。
2.1.1 CPU的发展
▪ CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了，这期间，按照其处理 信息的字长，CPU可以分为：四位微处 理器、八位微处理器、十六位
微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。
➢ INTEL
▪ 1971年，早期的Intel公司推出了世界上第一台微处理器4004，这便是 第一个用于计算机的四位微处理器， 它包含2300个晶体管
▪ 三十二位微处理器的代表产品首推Intel公司1985年推出的80386，这是 一种全三十二位微处理器芯片，也是X86家族中第一款三十二位芯片， 其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到 33MHz。8 0386的内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位， 可以寻址到4GB内存。它除了具有实模式和保护模式 以外，还增加了 一种虚拟86的工作方式，可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多 任务能力。1989年Intel公 司又推出准三十二位处理器芯片80386SX。 它的内部数据总线为三十二位，与80386相同，外部数据总线为十六 位。 也就是说，80386SX的内部处理速度与80386接近，也支持真正的多任 务操作，而它又可以接受为80286开发 输入/输出接口芯片。80386SX 的性能优于80286，而价格只是80386的三分之一。386处理器没有内 置协处理器，因此不能执行浮点运算指令，如果您需要进行浮点运算时， 必须额外购买昂贵的80387协处理器芯片。
2.1.1 CPU的发展
▪ CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了，这期间，按照其处理 信息的字长，CPU可以分为：四位微处 理器、八位微处理器、十六位
微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。
➢ INTEL
▪ 1971年，早期的Intel公司推出了世界上第一台微处理器4004，这便是 第一个用于计算机的四位微处理器， 它包含2300个晶体管
最新微型计算机系统PPT课件
有CPU插槽/插座、内存插槽、局域总线的扩展总线、
高速缓存、时钟和CMOS主板BIOS、软/硬盘、串口、
并口等外设接口、控制芯片等。
内存
CPU
串行接口
芯片组
USB接口
接口卡
目录
总线插槽
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二. 总线和接口
（一） 总线 总线是指计算机系统中能够为多个部件共享的
一组公共信息传输线路。
1. 按照其功能及传输信息的种类可分为： ① 数据总线（DB）：用于CPU与内存或I/O接口之 间的数据传递，它的条数取决于CPU的字长，信息 传送是双向的（可送入到CPU也可由CPU送出）。
软件系统：计算机上除硬件之外的所有东西，是为运行、管 理和维护计算机而编制的程序和文档的总和，可以扩大计算 机的功能，提高计算机的效率。
如：操作系统、数据库管理系统、应用软件等
硬件是躯体，软件是灵魂；两者相辅相成，缺一不可，它
们的价值是互相体现出来的。
目录
退出 2
3
2、计算机的工作原理
冯·诺依曼原理： 1) 采用二进制表示数据和指令。 2) 采用存储程序方式。 3) 计算机由运算器、存储器、控制器、
3. 运算器：完成计算机中的各种算术运算和逻 辑运算的装置，由算术逻辑部件(ALU)及寄 存器构成。
控制器和运算器一起构成CPU （中央处理器）
目录
退出 5
4．存储器：用来存储程序和数据的记忆装置， 是计算机中各种信息的存储和交流的中心。
CPU和存储器中的内存一起构成了计算机 的“主机”。
5．输出设备：显示器、打印机、音箱等。 网络设备： 网络适配器、调制解调器等。
扩展工业标准结构总线
(3) PCI(Peripheral Component Interconnect)
第二章 微型计算机结构与微处理器PPT课件
4. 段寄存器
2.2
四个专门的段寄存器，用来保存段地址。
CS代码段寄存器，用来存放当前正在运行的程序代码所 在段的段基址，而下一条将要执行的指令的偏移地址则由 IP提供。
DS数据段寄存器，存放当前使用数据所在数据段的段基 址。
SS堆栈段寄存器，存放当前栈的段基址。
ES附加段寄存器，存放当前使用的附加数据段的段基址。
1. 总线接口单元 （BIU）
2.2
总线接口单元负责从内存取指令送到指令队列， 也对I/O接口进行读写操作。
各部分组成：
（1）4个16位段地址寄存器。代码段寄存器CS（Code Segment）；数 据段寄存器DS（Data Segment）；堆栈段寄存器SS（Stack Segment）； 附加段寄存器ES（Extra Segment）。
2.1
微 处 理 器
系 统 总 线
存储器
地址总线AB 数据总线DB 控制总线CB
I/O接口 I/O设备
图2-1 微型计算机的结构
2.1
一、微型计算机的外部结构
CPU、存储器、外围接口与设备、系统总线。
系统总线： 地址总线（Address Bus） 数据总线（Data Bus） 控制总线（Control Bus）
三、8086 CPU的引脚功能
2.2
1. 数据总线和地址总线 2. 控制信号线 3. 电源、地、时钟等
GND AD14 AD13 AD12 AD11 AD10 AD9 AD8 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 NMI CLK INTR GND
BIU
取指1
取指2
取指3
取指4
取指5
取指6
……
微型计算机的基本组成电路培训教材(PPT 87页)
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2.3.1 缓冲寄存器
• 普通寄存器是寄存平时处理的数据用的， 可以加快计算机的处理问题的速度；而缓 冲寄存器是用于两个速度不匹配的单位之 间的，作用是对高速度设备进行数据缓冲， 防止低速度设备来不及处理而丢失数据。
• 缓冲最常见的地方就是网络了，你听音乐， 特别是看在线视频，就需要缓冲。
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•触发器的预置和清除
• 在一些电路中，有时需要预先给某个触发器置位(即置1) 或清除(即置0)，而与时标脉冲以及D输入端信号无关，这 就是所谓预置和清除。
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2.2.3 JK触发器
JK触发器是组成计数器的理想记忆元件。 • 在RS触发器前面增加两个与门，并从输出(Q和Q)到输入
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行波计数器2
例：下图采用JK触发器组成行波计数器工作原
理
初值Q=Q3Q2Q1Q0=0000 第1时钟后沿到Q=0001 第2时钟后沿到Q=0010 第3时钟后沿到Q=0011 第4时钟后沿到Q=0100
………… 第15时钟后沿到Q=1111 第16时钟后沿到Q=0000
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2.3.3 计数器
• 计数器(counter)是由若干个触发器组成的寄存器，计 数器也是一种寄存器 特点：能够把存储在其中的数字加1。 主要计数器有：
行波计数器
同步计数器
环形计数器
程序计数器
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行波计数器1
工作原理
– 第1个时钟脉冲促使其最低有效位(least significant bit,LSB)加1，由0变1。第2个时钟脉冲促使最低有效 位由1变0，同时推动第2位，使其由0变1。同理，第2 位由1变0时又去推动第3位，使其由0变1，这样有如水 波前进一样逐位进位下去。
第2章 微型计算机的基本组成电路教材
RS触发器有两个输入端 S和 R。为了存储一个高电位
，就需要一个高电位输入的 S端；为了存储一个低电位，
就需要另一个高电位输入的R端。这在很多应用中是不很 方便的。 D 触发器就是在 RS 触发器的基础上引伸出来的 ，它只需一个输入端口。其工作原理见图2-5所示。
为协调运行， D触发器要加上时 标脉冲 CLK ，得到图 2.6 所示的时标 CLK 触发器。
• •
3、JK触发器 JK 触发器是组成计数器理想的记 忆元件，其电路原理图见 2-10 所示。它 是在 RS触发器的基础上，增加两个与门 ，并使输出交叉反馈得到的。
图2-10 JK触发器
其工作过程分析： 当J=K=0时：保持原状（自锁）； 当J=0，K=1时：复位； 当J=1，K=0时：置位； 当J=K=1时：翻转（取反）。
一 、 算 术 逻 辑 单 元 （ ALU ）
顾名思意，这个部件既能进行二进制的四则运算， 也能进行布尔代数的逻辑运算。前面所讲的可控加减法 电路就是最简单的算术部件。通过适当的变换，可将乘 法和除法变成加法运算。如果在这个基础上，增加一些 电路，可以使简单的ALU进行逻辑运算。其符号见图2-1 。
D
Q
Q(平)
低电 — 保持原状（记 平 忆） 高电 1 平 0 1 0 0 1
时标脉冲 CLK 一般都是方波，在 CLK 处于正半周内的 任何瞬间，触发器都有翻转的可能。这样计算机的动 作就不可能整齐划一。而采用时标边缘触发的方式就 可以得到准确划一的动作。图 2-7就是边缘触发的 D触 发器的电路原理图。
第2章 微型计算机的基本组成电路
无论是多么复杂的计算机，都是由若 干典型的电路所组成的。本章就是对微型 计算机最常见的电路环节的名称及电路原 理作一简单介绍。其中最主要的是算术逻 辑部件（ALU）、触发器（Trigger）、寄 存器（Register）、存储器（Memory）、 总线结构（BUS）等。数据在这些部件之 间流通的过程以及控制字的概念。这些都 是组成计算机的硬件基础。
，就需要一个高电位输入的 S端；为了存储一个低电位，
就需要另一个高电位输入的R端。这在很多应用中是不很 方便的。 D 触发器就是在 RS 触发器的基础上引伸出来的 ，它只需一个输入端口。其工作原理见图2-5所示。
为协调运行， D触发器要加上时 标脉冲 CLK ，得到图 2.6 所示的时标 CLK 触发器。
• •
3、JK触发器 JK 触发器是组成计数器理想的记 忆元件，其电路原理图见 2-10 所示。它 是在 RS触发器的基础上，增加两个与门 ，并使输出交叉反馈得到的。
图2-10 JK触发器
其工作过程分析： 当J=K=0时：保持原状（自锁）； 当J=0，K=1时：复位； 当J=1，K=0时：置位； 当J=K=1时：翻转（取反）。
一 、 算 术 逻 辑 单 元 （ ALU ）
顾名思意，这个部件既能进行二进制的四则运算， 也能进行布尔代数的逻辑运算。前面所讲的可控加减法 电路就是最简单的算术部件。通过适当的变换，可将乘 法和除法变成加法运算。如果在这个基础上，增加一些 电路，可以使简单的ALU进行逻辑运算。其符号见图2-1 。
D
Q
Q(平)
低电 — 保持原状（记 平 忆） 高电 1 平 0 1 0 0 1
时标脉冲 CLK 一般都是方波，在 CLK 处于正半周内的 任何瞬间，触发器都有翻转的可能。这样计算机的动 作就不可能整齐划一。而采用时标边缘触发的方式就 可以得到准确划一的动作。图 2-7就是边缘触发的 D触 发器的电路原理图。
第2章 微型计算机的基本组成电路
无论是多么复杂的计算机，都是由若 干典型的电路所组成的。本章就是对微型 计算机最常见的电路环节的名称及电路原 理作一简单介绍。其中最主要的是算术逻 辑部件（ALU）、触发器（Trigger）、寄 存器（Register）、存储器（Memory）、 总线结构（BUS）等。数据在这些部件之 间流通的过程以及控制字的概念。这些都 是组成计算机的硬件基础。
微机的基本组成电路
命令的到来;
对外的引线. 4位线,输出有4位线,
MOS管栅极电容的电荷记忆信息, 电容 1) CLK=1时, Q翻转;
N根地址线 A B
如果用字表示一个数，称为数据字； ------高阻状态(或称浮动,浮离,断开状态).
2N根地址线(号)
例:N=2, 则可译出的地址号数为4; 单极型: 工艺简单,功耗低,成本低,集成度高---微机中使用.
M
指令1 指令2 指令3
……… ……..
当PC=0001H,---------------------2
---------------------
---------------------;
①当取出一条指令后,PC自动加1,保证程序顺序执行;
②每次运行前,PC自动复位至0000H;
③PC的内容可用指令控制予以改写---即改变程序执行
第二章微机的基本组成电路
§2.2 触发器
一.特性: 1).记忆装置的基本单元; 2). 用晶体管元件制成----可制成大规模的集成电路,减小体积.
二.类型: RS, D, JK. D触发器:
D (输入)
S
。R
｛ (输出)
Q Q
D=1, (即刻)Q=1__置位
D=0,
Q=0__复位
D的记忆功能: ①D状态不变, Q状态不变_____记忆. ②D状态改变, Q状态改变_____触发.
五. 各寄存器框图：2-9，2-11，2-14，2-16， 2-17,2-18。
§2.4 三态输出电路 通常:A端有输入,B端有输出. A ● B
即B端的传输线只传输A端的1或0信号.
①当A端无信号时,B端传输线不工作----可与另 端信号相 连并传送之-----提高传输线的利用率.
对外的引线. 4位线,输出有4位线,
MOS管栅极电容的电荷记忆信息, 电容 1) CLK=1时, Q翻转;
N根地址线 A B
如果用字表示一个数，称为数据字； ------高阻状态(或称浮动,浮离,断开状态).
2N根地址线(号)
例:N=2, 则可译出的地址号数为4; 单极型: 工艺简单,功耗低,成本低,集成度高---微机中使用.
M
指令1 指令2 指令3
……… ……..
当PC=0001H,---------------------2
---------------------
---------------------;
①当取出一条指令后,PC自动加1,保证程序顺序执行;
②每次运行前,PC自动复位至0000H;
③PC的内容可用指令控制予以改写---即改变程序执行
第二章微机的基本组成电路
§2.2 触发器
一.特性: 1).记忆装置的基本单元; 2). 用晶体管元件制成----可制成大规模的集成电路,减小体积.
二.类型: RS, D, JK. D触发器:
D (输入)
S
。R
｛ (输出)
Q Q
D=1, (即刻)Q=1__置位
D=0,
Q=0__复位
D的记忆功能: ①D状态不变, Q状态不变_____记忆. ②D状态改变, Q状态改变_____触发.
五. 各寄存器框图：2-9，2-11，2-14，2-16， 2-17,2-18。
§2.4 三态输出电路 通常:A端有输入,B端有输出. A ● B
即B端的传输线只传输A端的1或0信号.
①当A端无信号时,B端传输线不工作----可与另 端信号相 连并传送之-----提高传输线的利用率.
第1章微型计算机的组成
DDR SDRAM内存条的结构
第一章 微型计算机的组成
●内存的类型 1．SDRAM内存 2．DDR SDRAM内存 3．DDR2 SDRAM内存 4．RDRAM内存
第一章 微型计算机的组成
●虚拟内存
内存在计算机中的作用很大，计算机中所有 运行的程序都需要经过内存来执行，如果执 行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆 尽。为了解决这个问题，Windows中运用了 虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充 当内存使用，当内存占用完时，计算机就会 自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧 张。
数码摄像头
第一章 微型计算机的组成
第七节 输出设备
● 显示器 ● 打印机 ● 绘图仪 ● 复印机 ● 音箱
第一章 微型计算机的组成
●显示器
1．CRT显示器（CRT）
CRT显示器的主要技术指标包括点距、像素和分辨率、扫 描频率、带宽和显示面积等。
2．液晶显示器（LCD）
CD显示器按照控制方式不同可分为被动矩阵式LCD及主动 矩阵式LCD两种。
移动硬盘单位容量价格比优盘便宜得多； 移动硬盘容量大，相对贵一点，速度慢一点。
优盘，容量小，相对速度快一点，便宜一点。
第一章 微型计算机的组成
第六节 输入设备
● 键盘 ● 鼠标 ● 触摸屏 ● 扫描仪 ● 数码相机 ● 数码摄像机 ● 数码摄像头
第一章 微型计算机的组成
●键 盘
键盘是计算机中最常用的输入设备之一，是用户同 计算机进行交流的主要工具。用户主要通过键盘向 计算机输入命令、程序以及数据等信息。目前主要 使用101键、104键和107键盘。
键盘
第一章 微型计算机的组成
●鼠 标
鼠标（Mouse），是一种用来移动光标和做 选择操作的输入设备 。
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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图2.3 RS触发器的符号
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微型计算机原理及应用_宋廷强
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• 时标RS触发器——为了使触发器在整个机器中能和其他 部件协调工作，RS触发器经常有外加的时标脉冲。
•CLK为时标脉冲。
无论是置位还是复位，都必须在时标脉冲端为高 电位时才能进行。
算术逻辑单元、触发器、寄存器、存储器、总线结构 存储器的类型及性能指标 随机存储器RAM的结构原理(SRAM,DRAM)，只读存储器
ROM的结构原理（PROM,EPROM,EPROM）。
2.理解
控制字、数据存储、数据流通的原理；
典型芯片的引脚及存储器容量的扩展
3.了解
ASCII码及数字和大写字母A~Z的ASCII码表述
移位寄存器——能够将其所存的数据一位一位地向左或向右移；
计数器——一个计数脉冲到达时，会按二进制数的规律累计脉冲数；
累加器——用以暂存每次在ALU中计算的中间结果。
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2.3.1 缓冲寄存器
• 普通寄存器是寄存平时处理的数据用的， 可以加快计算机的处理问题的速度；而缓 冲寄存器是用于两个速度不匹配的单位之 间的，作用是对高速度设备进行数据缓冲， 防止低速度设备来不及处理而丢失数据。
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•JK触发器的符号
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2.3 寄存器
• 寄存器(register)是由触发器组成的。一个触发器就是一 个一位寄存器。由多个触发器可以组成一个多位寄存器 。
常见的寄存器有：
缓冲寄存器——用以暂存数据；
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•可控缓冲寄存器
• 上述缓冲寄存器的数据X输入到Q只是受CLK的节拍管理，即只要一 将X各位加到寄存器各位的D输入端，时标节拍一到，就会立即送到 Q去。有时想让其中的数据多留一些时间，但由于不可控之故，在 CLK正前沿一到就会立即被来到门口的数据X替代掉。
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本章 主要外语词汇
• ALU ：Arithmetic Logical Unit，算数逻辑部件 • Register：寄存器 • Memory：存储器 • RAM：Random Access Memory,随机存储器 • ROM：Read Only Memory，只读存储器 • MDR：Memory Data Register，存储器数据寄存器 • MAR：Memory Address Register，存储器地址寄存
器
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主要内容
– ALU、触发器、寄存器 – 三态电路、总线结构 – 存储器
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2.1 算术逻辑部件ALU
• 主要功能 • 符号
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2.2 ห้องสมุดไป่ตู้发器
• 触发器(trigger)是计算机的记忆装置的基本单元，也 可说是记忆细胞。触发器可以组成寄存器，寄存器又 可以组成存储器。寄存器和存储器统称为计算机的记 忆装置。
• 缓冲最常见的地方就是网络了，你听音乐， 特别是看在线视频，就需要缓冲。
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2.3.1 缓冲寄存器
• 其基本工作原理为：设有一个二进制数，共有4位 数： X=X3X2X1X0
要存到这个缓冲寄存器(buffer)中去，此寄存器是 由4个D触发器组成的。 将数据X装到寄存器中去的过程
• 微型计算机所用触发器一般用晶体管元件而不用磁性 元件。这是因为晶体管元件可以制成大规模的集成电 路，体积可以更小些。
• 下面简要介绍RS触发器、D触发器和JK触发器
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2.2.1 RS触发器
S端一般称为置位端，使Q=1(Q=0) R端一般称为复位端，使Q=0(Q=1)
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2.2.2 D触发器
• RS触发器有两个输入端S和R。为了存储一个高电位 ，就需要一个高电位输入的S端；为了存储一个低电位 ，就需要另一个高电位输入的R端。不方便。
D触发器是在RS触发器的基础上引伸出来的，它只需 一个输入端口。
•置位 •复位
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与门的输入端)作交叉反馈，即可得到JK触发器。
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•JK触发器的动作状态
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•JK触发器的工作过程
(1) 当J=0，K=0，触发器保持闭锁状态。 (2) J=0，K=1，触发器仍处于复位状态(Q=0，Q=1)。 (3) J=1，K=0，触发器就仍处于置位状态(Q=1，Q=0)。 (4) J=1，K=1，触发器翻转
微型计算机的基本组成电路培训教材(PPT 87页)
本章教学目的
• 通过回顾计算机基本组成电路，引出微机中最常用 的部件名称，并掌握其工作原理，包括ALU、触发 器、寄存器、存储器和总线结构等，使学生理解数 据的存储与流通的原理。
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本章 学习要求
1.掌握
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•触发器的预置和清除
• 在一些电路中，有时需要预先给某个触发器置位(即置1) 或清除(即置0)，而与时标脉冲以及D输入端信号无关，这 就是所谓预置和清除。
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2.2.3 JK触发器
JK触发器是组成计数器的理想记忆元件。 • 在RS触发器前面增加两个与门，并从输出(Q和Q)到输入(
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•时标D触发器
•时标脉冲CLK一般都是方波，在CLK处于正半周 内的任何瞬间，触发器都有翻转的可能，并不能保 证时序电路动作一致性。
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•边缘触发的D触发器
• 为了使计算机的动作整齐划一，总是想由时标 CLK来指挥整个机器的行动，采用时标边缘触发 的方式就可以得到准确划一的动作。