4.3計算機如何存儲信息
計算機的一個重要能力是能儲存信息，或者形象地說：計算機有記憶能力。計算機是如何能夠“記憶”的？這往往是初學者感興趣的又一問題。當前使用得最多的是兩種物理機製，一種是將信息記錄在磁性材料上，如磁芯、磁帶、磁盤，隻要不重新磁化，信息就能長期保存在磁性材料中。大家對磁帶的工作原理有所了解，對計算機中使用磁存儲的原理將容易理解些。另外一種方法是利用電子線路存儲信息，隻要電路的電源電壓正常，信息就能保存。下麵我們介紹一下存儲信息的基本單元與部件。
—、R-S觸發器
在計算機電路中，存儲一位二進製信息的基本單元是一種“雙穩態觸發器”，簡稱觸發器。這種電路單元有兩種穩定狀態，因此稱為雙穩態，它可用來分別代表（存儲）數0或1；在新的觸發之前將一直保持這種狀態，也就是保存信息不變。觸發器電路可以由基本的邏輯單元如與非門組成，因此它也是一種邏輯電路。這種電路的輸出不但取決於當前的輸入，而且也取決於過去的輸入狀態，例如原先存入的信息狀態是0還是1，所以稱為“時序邏輯”。
R-S觸發器是一種最簡單的也是最基本的觸發器，是一種用與非門構成的R-S觸發器。虛框以外是可以看到的外特性。一對輸出分別定義為Q、Q，在觸發器處於穩定狀態時這一對輸出彼此反相，一個若為0，則另一個為1，所以采用同一個變量符號Q標注，但一個為原變量Q，而另一個為反變量5。二根輸入線分別定義為R、s，當需要輸入新的信息時，R與s處於相反狀態，一高一低（一個為1，另一個為0）當處於保存信息狀態時，R與s都處於高電平狀態（都為1）-這樣的一個R-S觸發器可以存儲一個二進位，觸發器狀態為1-換句話觸發器狀態以符號Q表示。
虛框內描述了R-s觸發器的內部結構，它可由二個與非門組成，為了便於稱呼，分別給-以編號1與2。門1的輸出回送到門2的一個輸入端，門2的輸出又回送到門1的一個輸入端，這種連接形態稱為“交叉反饋”。二個與非門的輸出除了引作內部反饋外，同時送出，以表達觸發器狀態。每個與非門有二個輸入端，一個用作內部反饋連接，如前所述，另一個則用來引入觸發器的外部輸入信號（置0信號或置1信號）。
下麵列舉可能出現的四種工作狀態，用以說明R-S觸發器輸入信息與保持信息的工作原理。
1.輸入0（置0、清除為0、複位）
從門1看，由於與非門的特性是“一0則1”，現在醜=0，所以門1輸出百=1。門1的輸出反饋到門2的一個輸入端，而另一輸入5=1，二個輸入全1，所以門2輸出0。門2的輸出又反饋到門1的輸入端，將使門1的輸出維持為1。根據約定的狀態定義，0=0，0=1，表示觸發器被置為0，或稱為被清除為0，又叫做複位。
2.保持0
由於外部輸入1-與S均為1，這就要看與非門的另一個輸入端狀態，也就是觸發器的狀態。既然在此之前已經輸入0，即Q=0，則門1輸出0=1，所以門2的二個輸入端均為1，門2輸出Q=0，反過來門2輸出為0，反饋到門1輸入端，又確_=1。可見這種交叉反饋能夠相互鎖定原來的狀態，即維持原來狀態不變。交叉反饋是觸發器能保存信息的關鍵所在。
3.輸入1（置1、置位）
仿照輸入1時的分析方法，現在S=0，所以我們從門2開始分析。0則1，所以Q=l，反饋至門1，則“全1則0”，使Q=0，反饋至門2將維持Q為1。根據定義，Q=l，Q=0表示觸發器被置為1。
二、D觸發器
在CPU中與許多部件中，都需要一種能夠暫存信息的時序邏輯部件，叫作“寄存器”。它由一些觸發器組成，一個能存放n位代碼的寄存器，由n個觸發器組成。寄存器一般采用這樣一種輸入方式，先將輸入信息送到寄存器的輸入端作好準備，然後用一個“打入脈衝”，定時地將信息打入寄存器內。為了實現這種輸入方式，需將R-S觸發器進一步擴充為D觸發器。
D觸發器可由三對R-S觸發器組成，現在我們隻討論它的外特性。Z-觸發器的邏輯符號標準畫法。它有一對互補的輸出Q與$彼此反相。有兩個輸入端，其中D端用來接受待輸入信息，CP端輸入打入脈衝，由脈衝的上升沿進行同步定時，即控製打入信息的時刻。這就要求D端先準備好輸入數據，但需延遲一點時間，再由CP脈衝上升邊沿打入，D就是延遲Dealy的縮寫。
波形圖方式描述D觸發器一種可能的工作例子，分別畫出了四個波形圖，描述一對輸出（Q、Q）隨輸入（D、CP）變化的情況，請特別注意它們之間在時間上的彼此對應關係，因此，所有信號波形的時間坐標軸，應當畫成同一比例。如圖所示，D觸發器初始狀態為0，即Q=0（低電平），Q=1（高電平），現在準備打入1，所以在->端準備好一個高電平信號即令1-=1。在需要打入觸發器的時刻，向CP端發來一個同步打入脈衝，當脈衝出的時刻，即它的上升邊沿將乃端信息1打入觸發器，此時0由低變高（1）由高變低（0），觸發器狀態變為1。為了醒目，我們在打入脈衝CP的上升邊標出一個箭頭，表示該時刻打入。當信息打入觸發器後，在新的CP上升邊沿到來之前，即使D端電平變化，如圖義由高變為低，但觸發器仍維持為1。為了讓觸發器變為0。
三、寄存器
我們已經多次提到寄存器這個詞，它是用來寄存代碼信息的部件，也是計算機中最基本
的一種部件。我們將程序與大批量數據，放在主存儲器中，一個主存儲器中有很多存儲單元（例如一百萬個），每次隻能從其中的一個單元中讀出，或者往一個存儲單元寫入，不能直接在主存儲中進行數據的加工與指令的識別。因此，我們在中央處理器CPU中設置若幹寄存器（例如十多個），暫時存放需執行的指令代碼與數據信息。根據寄存器的輸出，我們可以識別指令代碼的含意，產生相應的操作命令。將寄存器的輸出送往運算部件，進行相應的加處理。
通常對寄存器進行編號，例如表示是0號寄存器。是寄存器Registei第一個字母。也可以將寄存器名稱定為兒c，即J寄存器、5寄存器。還可以根據該寄存器的作用命名，如IR是指令寄存器；PC是程序計數番，它是一種具有計數功能的凍存器。用n個Z-觸發器，可以構成一個n位長的寄存器，當然可以將它們集成在一塊芯片之中。為了標注某個寄存器的某一位，則標往成形式，例如表示2寄存器的第3位。
給出一種寄存器邏輯圖，用n個Z觸發器組成一個11位字長的3寄存器。設需將某數……h打入寄存器，則將代碼z按位地加在d寄存器各位的端，輸入1的位加高電平，輸入0的位加低電平-打入脈衝同時加於所有各位的CP端，當上升邊沿到來時刻，輸入代碼被打入寄存器中。各位輸出0端對應地標注為……Au則每根線上的信號含意都有明確定義，一看就明白。這樣的寄存器可以高速地並行輸入（所有各位同時輸入），並行輸出（所有各位同時提供其信息），輸入時刻由同步脈衝.的上升邊沿（由低變高）定時。如果在寄存器輸入端增加某些邏輯電路，還可實現所需的各種變化。