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接上一篇 学习笔记（二）
五、寄存器&内存
参与运算的数据需要存储起来，这就需要用到内存。内存在断电后就会丢失数据，因为它是随机存取存储器，即RAM。另一种存储是永久存储，断电后数据也不会丢失，这个之后讨论。
1.寄存器
（1）回路
之前的电路都是单向的，但电路的输出也可以再连接回输入端。
比如，将OR门的输出连接回输入。只要A有一次变为了true（或者称为“1”），那么输出就是true，从而输入B就是true。之后，无论A怎么变，输出始终都会保持true。也就是说，这个电路就能够记录“1”这个数据（或者说记录“true”）。
而如果将AND门的输出连接回输入，那么只要输入A有一次变为了false，那么输出就是false，从而输入B就是false。之后，无论A怎么变，输出始终都会保持false。也就是说，这个电路能够记录“0”这个数据（或者说记录“false”）。
但是这种记录是永久性的。为了做出有用的电路，可以将这两者结合，做成AND-OR锁存器。
（2）AND-OR锁存器
AND-OR锁存器的电路如图，输入A是“设置”，当输入A为true后，输出保持为true；输入B是“复位”，当输入B为true后，输出保持为false。这样，这段电路就能够保存1 bit的数据了。
（3）门锁
这个电路还可以优化一下，比如可以用一个输入来表示将这个电路的输出设置为true还是false，还可以再加入一个输入来表示是否允许写入（修改）这段电路保存的数据（保护数据安全）。优化后的电路图就是下图这样子的，这称为“门锁”。
（4）寄存器
这样一个门锁只能存1 bit的数据，如果有8个这样的锁存器并排放置，就能存放8bit的数据了，这样的一组锁存器称为“寄存器”。早期的电脑使用8位寄存器（如今已经是64位了），这8个锁存器常作为整体使用，因此可以使用一根线来连接每个锁存器的允许写入线（节省导线）。
这样，当需要写入一个8 bit的数据时，就将允许写入线打开（置为true），然后写入数据，再将允许写入线关闭。这样这个寄存器中就保存了8 bit的数据。
2.内存
（1）锁存器矩阵
内存也是由一个个单独的锁存器组成的。为了尽可能减少导线的使用，可以将锁存器排列成一个矩阵。根据计算的需要，计算机可能随时需要读写某一个锁存器的数据，这里可以使用交叉定位的方法。每一行的锁存器共用一根行线，每一列的锁存器也共用一根列线，然后在每个锁存器中加入一个AND门，即当行线与列线同时为true时，这个锁存器就是被选择的那个目标锁存器。
这就像用一条经线与一条纬线，可以交叉定位一个准确的地理位置。也就是通过控制对应的行线与列线，就可以准确定位到目标锁存器，即此时矩阵中只有这一个锁存器是被选中、允许写入的。
因此，可以用一根数据线来连接所有的锁存器。当需要写入数据时，只需要控制行线与列线，交叉定位到目标锁存器，然后用数据线来传送数据就可以了。只有被选中的那一个锁存器处于允许写入的状态，所以它会被写入指定的值，而矩阵中的其它锁存器不会被写入。
除了允许写入线，还可以为锁存器设置一条允许读取线，原理是一样的。行线与列线是负责交叉定位目标锁存器（传送地址信号），而允许写入线或者允许读取线决定了要将目标锁存器置于什么状态（传送控制信号）。
这样，对于一个256位的存储空间（16位*16位的锁存器矩阵），只需要16条行线、16条列线、1条允许写入线、1条允许读取线、1条数据线，总共35条线就可以了。
（2）内存地址
内存中每一个存储单元都有一个地址编号，那么如何通过地址编号找到对应的那个锁存器呢？这需要用到“多路复用器”，这个部件的作用是根据编号向对应的行线或者列线写入true。
比如，在256位内存中，有16行和16列，所以行号用4bit就足够表示，列号也是。那么一个内存地址就可以用8 bit来表示，比如 1011 0011B 就表示第11行第3列（假设先写行地址后写列地址）。这时需要一个16位多路复用器来根据1011B这个行号，向对应的第11行的行线写入true；另外需要一个16位多路复用器来根据0011B 这个列号，向对应的第3列的列线写入true。然后，第11行第3列的那一个锁存器就被选中激活了。
这有点像老师在上课时点名，全班同学的座位排列成一个矩阵，当老师请第2排第4列的那个同学起立（老师给出了地址信号），这时那个同学就是被选中的。至于起立之后，是要被老师提问，还是要上台展示，这就属于“控制信号”，应当由控制线给出（控制写入线和控制读取线）。无论老师给出什么控制指令，只有这个被选中的同学要去做，而其它同学不做。
现在可以再次忽略底层细节，向上抽象，将这块256位的内存空间看做一个整体，示意图如下。输入的线分为三类：地址线（每一根地址线传送1bit）、数据线（传送1bit数据）、控制线（传送控制指令，读取或写入，1bit）。
（3）可寻址内存单元
但256bit的内存也不算很多，其中包含了256个地址，每个地址能存放1bit的数据。其实每一个地址只存放1 bit的数据，这着实有点少，可以将8个256bit内存并排放置，编号0-7，就像将锁存器组成寄存器那样。
毫无疑问，0号256bit内存中存在一个地址编号为0001 0001B（即第一行第一列）的锁存器，它能存储1 bit的数据；而剩下的1-7号256bit内存中，也都有一个地址编号为0001 0001B的锁存器。也就是说，如果把它们（这8个256bit内存）看做一个整体，那么地址编号为0001 0001B对应的锁存器共有8个，可以存储8bit 的数据。换句话说，这8个锁存器是共用一个地址编号的，0001 0001B地址指向的内存空间中可以存放8 bit的数据，这8bit数据作为一个整体被读取或者写入）。
也就是说，当访问0001 0001B地址指向的内存空间时，可以读取或者写入一个字节（8bit）的数据，这就是一个可寻址内存单元。8个256bit内存并排放置，就得到了256个可寻址内存单元（一个内存单元存放一个字节，也就是8 bit）。
由此，就构成了一块内存（或者说随机存取存储器RAM），这块内存中每个内存单元存储一个字节的数据，共有256个内存单元。如图。
（4）随机存取
8位的内存地址最多只能有256个不同的内存地址，如果内存更大（内存单元更多），那么8位的内存地址就不够用了，就需要16位或者32位，甚至是64位的内存地址。
内存的特性是随机存取，即可以随时访问任意一个地址的数据。不同类型的随机存取存储器（RAM）的基本组成原理是相同的，只不过它们是用不同的电路来存储1bit的数据，但向上抽象的过程是相似的。
总结
本篇内容：
1.锁存器、寄存器
2.内存地址、内存单元