如何使用与门或门和非门设计一个电脑内存

无论多么复杂的芯片，内部其实都是由这几种门电路相互连接构成的。今天我们就用其中的货门与门和非门来制作一块电脑内存，并实现数据的高速存储。先来说语门，语门是只有输入端都输入1，输出端才输出1，其他任何情况都是输出0。而货门是只要输入端有一个输入1，输出端就会输出一，两个输入端都输入0时，输出端才会输出0。飞门的输入端和输出端刚好相反，当输入端输入1时，输出端输出0，输入端输入0时，输出端输出1。有个问题，这种电路怎么就能用来存储数据呢？这是户门电路，我们将货门电路的输出端与电路的一个输入端连接起来，最开始输入端都是0，所以输出结果也为零。现在我们将上面的输入端输入1，所以输出端结果为1，这时结果1会立即回传到下面的这个输入端，得到的输出结果还是1。由于下面。但输出端已经为1了，这时无论我们在上面的输入端输入0还是1，输出端的最终结果只会是1，也就是说我们用这样的一个电路就能储存1了。现在我们将与门电路也像前面一样连接，最开始输入端默认都输入1，所以输出结果也为1。现在我们将上面的输入端输入0，所以输出端结果也为0，这时结果0会立即回传到下面的这个输入端，使得两个输入端都为0，最终输出结果得到0。这时无论我们在上面的输入端输入1还是0，最终的输出结果都会是0，所以0也被储存进来了。现在我们把这两种电路如图所示连接起来，然后在下面再添加一个飞门电路，当我们在输入端分别输入1和0，由于飞门的输入和输出刚好相反，所以飞门输出为1，由于货门的输入为1，所以不管上面这部分输入什么，货门的输出都为11和1经过雨门得到结果为11接着会回传到货门的输入端。由于输入端有这个。第一，这时候不管这里输入1还是0，得到的最终结果都是1。如果想要输出0，该怎么做呢？很简单，直接将非门的输入变成1，那么输出就为0。由于0会作为与门的一个输入，所以上面这部分电路的输入不管是1还是0，最终的输出结果都为0。如果没看懂没关系，现在我们将电路封装起来，如果我们想要电路存储1，只需要在输入端分别输入1和0，如果想要储存0，不管上面的输入端输入什么，只要下面的输入端输入1即可。但是这种存储还是有点麻烦，能不能改成输入1就存储1，输入0就存储0呢？当然可以，但是需要重新增加一个输入线作为一个写入标志，还需要再添加一部分电路进来。完成后，当写入标志为0时，代表不允许写入，所以不管在数据端输入1还是0，数据都是存不进来的，只有将写入标志激活为1，数据端输入的0和1才能被储存进来。现。在我们将这个电路再进行封装，写入标志为0时，无论数据端输入什么，输出端都为0，只有写入标志为1，数据端无论输入1和0都能存储进来。到这里，其实我们已经设计出了一个所存器，只不过它只能存出一位的二进制数据。如果我们准备8个这样的所存器，像这样连接起来就能存储8个一位的二进制数据了。当然，我们可以连接更多的锁存器来存储更多的数据，但是如果存储的数据非常大，就不能用这种线性排列了。我们可以改成这种4×4的矩阵排列，然后添加4根纵向线和4根横向线。现在只需要激活横向第二根线和纵向第二根线，就能定位到这个锁存器。问题是怎么激活纵向和横向线呢？这是一个解码器，当输入00时，输出端0被激活，当输入01时，输出端1被激活，以此类推，输入不同的值就能激活不同的输出端。现在我们将四根。纵向线和四根横向线分别连接到两个解码器，根据解码器的地址值会分别激活第一列的横向线和第4列的纵向线，所以最终会锁定纵向线和横向线交叉处的锁存器。找到所存器后，那该如何向所存器存储数据呢？我们需要将所存器再改进一下，首先在输出端添加一个晶体管，接着将输出端返回去，与输入端共用一根线。同时为了读取存储的数据，需要在晶体管的山级再引出一根读取标志线。当我们将写入标志激活同时，数据端输入11就会被存储到所存器。由于读取标志未被激活，所以晶体管的积极不通电，那晶体管就导通不了，数据也不会传送出去。现在我们来读取这个存储的1首先将写入标志关闭，激活读取标志，这会导致晶体管的积极通电，所以晶体管被导通，这会激活输出线，从而读取到1。现在我们将所存器换成改进后的并。当所有的输入输出端连接到一个公共的输入输出线，所有的写入标志线也连接到一个公共的标志线，读取标志线也是一样的操作，这样一来，我们只需要3根公共线就能操作读取和写入了。但是现在解码器的线还没接到所存器。现在我们将解码器的两条线分别连接到一个与门电路，与门电路的输出端再分别连接到另外两个雨门的输入端。这样一来，只要有一根线没被激活，就算读取和写入标志被激活，数据也无法进行读取和写入。然后将所有的所存器都这么连接。现在我们将写入标志打开，但是到达这些与门电路时会被阻挡，因为还没有找到具体要给哪个所存器写入数据，所以解码器必须先提供地址，比如地址为1001最终会定位到第二排第二列的所存器，这时我们在输入端输入1，那么这个1就会存到第二排第二列的所存器了。如果我们想读取刚才存储的数据，只需要将读取标志。打开，然后根据地址值1001定位到第二排第二列的所存器，从而将数据从该锁存器返回来。现在我们将这些所存器继续进行封装，根据地址值的不同，我们就能进行数据的读取和写入了。其实到这里我们还是只能进行一味的二进制读取和写入。现在我们将8个这样的大锁存器依次排列，然后四根线连接到地址码，用来定位每一个锁存器。比如地址码111会定位到每个大锁存器的第一列、第4排这个小锁存器改变地址码定位会进行相应改变，接着再加上读取标志和写入标志线，最后再引出每条数据输入线。当我们要写入10111100这个二进制数，先根据编码器的地址1011找到对应的小锁存器，然后将写入标志打开，这是8位的二进制值，就能写入到每一个所存器内了。如果我们想要读取到这个8位二进制，只需要将读取标志激活8位的二进制值就能。读取并返回了。为了更容易理解，我们现在不要关注电路了，而是将每个所存器的只看作一个连续的序列号，这些序列号被放入到一个抽象的字节列表中，列表中的每个数据都有一个索引，通过解码器的地址码就能获取到索引，然后定位到数据。我们再将数据端、写入标志和读取标志都引入进来，一个内存模型就打造完成了。其中数据端和解码器统称为总线，这种内存也被称为静态随机存储器。其中地址总线的宽度决定了我们可以处理多大的数据。比如我们将解码器的地址总线扩大到8根，那么每个解码器就能处理16个不同的输出，如果是32位宽的地址总线，那么就能处理4GB的数据。需要注意的是，由于这种内存速度非常快，所以它其实更多的是用于CPU的缓存，然后缓存与主内存进行配合，从而提高CPU的工作效率。

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