7、数字逻辑存储设备详解

数字逻辑存储设备详解

1. 交叉耦合反相器对的亚稳态行为

交叉耦合反相器对由于其正反馈配置，会表现出所谓的亚稳态行为。亚稳态是指系统在不受干扰时可以处于平衡状态，但在受到足够干扰时会移动到另一个更稳定的平衡状态。具有高亚稳性的系统，其平衡状态非常不稳定，即使受到轻微干扰，系统也会迅速移动到更稳定的平衡点。

交叉耦合反相器对是一个高度亚稳的系统，它实际上包含三个平衡状态：
- 第一个平衡状态是当 U1 的输入恰好处于逻辑 0 和逻辑 1 之间（即 VCC/2），此时 U1 的输出也恰好是 VCC/2。这个电压被反馈到 U2 的输入，从而使 U2 的输出也恰好为 VCC/2。这又反馈到 U1 的原始输入，强化了初始状态。然而，这种状态非常不稳定，系统内任何节点受到最小的干扰，它都会迅速移动到另外两个更稳定的状态之一。
- 另外两个稳定状态是 Q = 0 或 Q = 1。一旦从不稳定的平衡状态向两个更稳定状态之一的转变开始，系统中的正反馈会不断强化这种转变，直到系统达到最终状态。

在电气系统中，这种初始干扰是由噪声（即系统中不需要的电压）引起的。噪声可能来自多种来源，包括半导体材料中电荷载流子的随机热运动、电磁能量或自然产生的电离粒子。由于每个电气系统中都存在噪声，所以交叉耦合反相器对永远无法停留在所有节点都处于 VCC/2 的不稳定平衡状态。不过，它有两个高度稳定的状态，因此这个电路被称为双稳态元件，能够存储 1 或 0。

2. SR 锁存器

虽然交叉耦合反相器对是顺序逻辑的基本存储概念，但它没有设置 Q 初始值的机制，只能保证电路会在两个稳定状态（Q = 0 或 Q = 1）之一存储一个值。SR 锁存器通过用或非门替换