计算机怎么做到存储内容的（一）

上节，我们用逻辑门做了个简单 ALU，它能执行算术(Arithmetic)和逻辑(Logic)运算，ALU 里的 A 和 L 因此得名，当然，算出来之后如果扔掉就没什么意义了。得找个方法存起来，可能还要进行多个连续操作，这就用到计算机内存了。

如果你在主机上打过一场长时间的对局，或玩困难模式的 "扫雷"，然后狗跑过来，被电源线绊倒，把插头拔了出来，你知道失去进度的痛苦。真同情你。你损失数据的原因是电脑用的是"随机存取存储器"，简称"RAM"。它只能在有电的情况下存储东西，比如游戏状态，另一种存储 (memory) 叫持久存储，电源关闭时数据也不会丢失，它用来存其他东西。我们之后会讨论存储 (memory) 的持久性问题。

今天我们从简单开始，做只能存储 1 位的电路，之后再扩大，做出我们的内存模块。下次和 ALU 结合起来，做出 CPU！

我们至今说过的电路都是单向的，总是向前流动，比如上集的 8 位 "脉动进位加法器"，但也可以做回向电路，把输出连回输入，我们拿一个 OR 门试试，把输出连回输入，看看会发生什么。首先，两个输入都设为 0，"0 OR 0" 是 0，所以电路输出0。如果将 A 变成1，"1 OR 0" 为 1，所以输出 1。一转眼的功夫，输出回到 B，OR 门看到两个输入都是 1，"1 OR 1" 仍然为1，所以输出不变，如果将 A 变成 0，OR 门依然输出 1，现在我们有个电路能记录 "1"。

然而有个小问题：这是永久的！无论怎么试，都没法从 1 变回 0，我们换成 AND 门看看会怎样，开始时，A 和 B 都设 1，"1 AND 1" 永远输出 1，如果之后 A 设为 0，由于是 AND 门，输出会变成 0，这个电路能记录 0，和之前那个相反，就像之前，无论 A 设什么值，电路始终输出 0。

现在有了能存 0 和 1 的电路，为了做出有用的存储 (memory) ， 我们把两个电路结合起来，这叫 "AND-OR 锁存器"，它有两个输入， "设置"输入, 把输出变成 1， "复位"输入，把输出变成 0。如果"设置"和"复位"都是 0，电路会输出最后放入的内容，也就是说，它存住了 1 位的信息！

存储！这叫"锁存", 因为它"锁定"了一个值，放入数据的动作叫 "写入" ，拿出数据的动作叫 "读取"，现在我们终于有办法存一个位了！

麻烦的是, 用两条线 "设置"和"复位" 来输入, 有点难理解，为了更容易用，我们希望只有一条输入线，将它设为 0 或 1 来存储值。还需要一根线来"启用"内存，启用时允许写入，没启用时就 "锁定"，这条线叫 "允许写入线"。加一些额外逻辑门，可以做出这个电路，这叫"门锁"，因为门可以打开和关上。

现在有点复杂了，我们不想关心单独的逻辑门，所以我们提升一层抽象，把 "门锁" 放到盒子里 - 这个盒子能存一个 bit。我们来测一下新组件！一切从 0 开始，数据输入从0换到1, 从1换到0，什么也不会发生 - 输出依然是 0。因为 "允许写入线" 是关闭的，所以内容不会变化，所以要给 "允许写入线" 输入 1, "打开" 门，现在往 "数据线" 放 1，1 就能存起来了，注意输出现在是 1 了，成功！

现在可以关掉 "允许写入线" ，输出会保持 1，现在不管给 "数据线" 什么值，输出都不会变，值存起来了。现在又打开 "允许写入线" ， "数据线" 设为0。"允许写入线" 关闭，输出 0。成功了！

当然，只能存 1 bit 没什么大用，肯定玩不了游戏，或做其它事情，但我们没限制只能用一个锁存器。如果我们并排放 8 个锁存器， 可以存 8 位信息，比如一个 8 bit 数字，一组这样的锁存器叫 "寄存器"。