这是《计算机系统要素：从零开始构建现代计算机》的学习笔记，刚刚启程学习，记录博客好提醒自己不要半途而废。 书籍获取，代码实现与书籍介绍，可关注这位大佬，视频课程：coursera/B站 偷一张大佬github截图作为介绍：
1比特位存储器
1bit存储器的记忆能力来源于D触发器（Data Flip Flop, DFF）,下面先介绍DFF
在前面两章实现的电路都没有时序相关逻辑，对输入即时计算并输出计算结果，对上一时刻的状态没有记忆，而对状态的记忆是存储器实现的核心。存储器的记忆能力来源于D触发器。
DFF功能为输出上一时刻的输入： o u t ( t ) = i n ( t − 1 ) out(t)=in(t-1) out(t)=in(t−1) 即输出永远是延迟一个时钟周期的，完成一个时钟周期的记忆
将两个Nand门按如下方式连接，成为RS触发器，为叙述方便，分别将两个Nand门记为A，B 假设某个时刻输入为1,1 此时不必关心输出是什么值，我们将上面A的输入改为0，此时A的输出为1,导致B的输出为0,B的输出转接到A的输入，可以看到两个Nand都保持了稳定： 此时将A的输入改为1，仍然保持稳定： 若此时将B的输入改为0再改为1，由于A，B是等效的，因此A将稳定输出0，B稳定输出1 总结： 输入为1,1时保持输出不变（存储的1bit内容不变） 任何时候，要保证某个Nand输出1，而另一个为0，只需要进行两个操作： 先将这个Nand的输入置为0，再置为1
这里不分析，仅作中间变化的参考
上面这张图对应下图的in out 应该是D和Q端， 至于最后 o u t ( t ) = i n ( t − 1 ) out(t)=in(t-1) out(t)=in(t−1)是怎么实现的，请看下面真值表的解析 真值表
D(in)CPS’R’Q(out) Q ˉ \bar{Q} Qˉ0011不变不变0110011011不变不变110110可见: 1.一个完整的时钟周期分成2部分：CP=0(tic)，CP=1(toc) 2.tic时DFF输出不变(因为基本RS触发器的输入为1 1) 3.toc时DFF输出更新为D 注：可能0叫toc，1叫tic，在这里不细究，只为了方便演示记忆的电路实现
把真值表拉长一点，从第一行开始，让它按时间演化，看看 o u t ( t ) = i n ( t − 1 ) out(t)=in(t-1) out(t)=in(t−1)是怎么实现的：
timeD(in)CPS’R’Q(out) Q ˉ \bar{Q} Qˉtic0011不变不变toc011001tic101101toc110110tic001110toc011001tic001101toc011001tic101101toc110110tic101110toc110110从真值表看来tic toc的职责是： 1.tic，不更新，D值被忽略，输出上一toc时的输入值 2.toc，更新，将Q更新为D，不输出
第2点，toc若输出，输出的就是toc当前的输入值，而不是上一周期的输入值，失去了时间性，变成了无记忆电路。 根据以上两点，去掉干扰再看一下真值表（空格表示忽略）， o u t ( t ) = i n ( t − 1 ) out(t)=in(t-1) out(t)=in(t−1)就很清晰了： 真值表
timeD(in)Q(out)tic不变toc0tic0toc1tic1toc0tic0toc0tic0toc1tic1toc1可以看到，DFF延迟输出的实现，来自于两个方面： 1.RS触发器的状态保持 2.计算机时钟的控制 DFF电路是在tic toc都会进行输出的，所以外部应该还要有控制的电路，实现tic时对DFF取值， toc不取值，这应该是计算机时钟设计考虑的范围
有了上面的DFF，1bit存储器的实现是相当简单的 从上面看DFF功能为 if tic Q=D(t-1), out Q if toc Q=D, no out
1bit存储器每一时刻都有两个输出候选：一，上一时刻的输入，二，上一时刻的输出 既然有两个输出候选，就把它们与load一起输入一个Mux，然后输入DFF的D端:
因为DFF在toc时才读取 D，更新值，所以load操作只在toc时生效 真值表，空格表示忽略：
timeinloadDQ(out)tic不变toc111tic1toc101tic1toc001tic1toc010tic0toc111tic1toc111hdl:
CHIP Bit { IN in, load; OUT out; PARTS: Mux(a=preOut, b=in, sel=load, out=o1); DFF(in=o1, out=preOut, out=out); }