记忆电路

锁存器（Latch）与触发器（Flip-flop）是相当有效的一位（1bit）存储单元。与一般的单个或多个逻辑门在输出信号时会随着输入信号而实时改变不同，锁存器与触发器允许存储输入数据，并在可控的一段时间后输出。

介绍

1. 在Minecraft中，利用存储单元组件可以搭建不同的功能，这样即使输入保持不变，也能产生不同的输出，这种电路系统被称为“时序逻辑”。
2. 这种方法使得通过逻辑门的简单串联无法实现的诸如计数器、长周期时钟以及复杂的大规模存储装置变得可行。
3. “锁存器”与“触发器”是两种不同的电路设备，但锁存器有时也可被设计成触发器。
4. 它们之间的主要区别和联系在于：锁存器对输入信号的特定状态产生反应，通常被用于数据存储和信号隔离，属于电平触发，这意味着输入变化时输出会即时跟随，这种元件不具备时序特性，因此其作用仅为维持特定的电平状态。
5. 相对而言，触发器是响应输入信号变化的电路，通常用于在满足某个触发条件后进行特定的输出操作，多为边沿触发，配有时钟信号，以便根据输入状态的变动调整输出状态。
6. 每个红石锁存器或触发器的基本构成都是RS锁存器或非锁存器，因此它们也被一些教科书称为“RS基本触发器”。
7. RS锁存器或非锁存器由两个输入和输出互相连接形成环状的或非门组成。
8. 这种RS锁存器的对称性引发了关于哪种状态表示“设定（Set）”操作的选择问题，除非其他逻辑结构被结合以创造更复杂的电路。
9. 通常情况下，锁存器设有两个输入端，一个用于“设定（Set）”，另一个则用于“复位（Reset）”，这两个输入可以用来控制存储的数据。
10. 触发器的工作原理则是通过在RS锁存器的周围添加逻辑门，以实现特定的功能需求。

RS或非锁存器与输入稳定器

RS或非锁存器的设计方案

1. RS或非锁存器（RS NOR Latch），有时称为RS基本触发器或SR基本触发器，是一种重要的存储器装置。

2. 当其S端接收到信号为真时，Q端的信号也将变为真，并持续保持这个状态，直至R端收到信号为真，此时Q端将变为假。

3. 此电路的主要用途在于将控制脉冲转换为稳定的红石信号，类似于开关的功能。

4. 通过将按钮、压力板或绊线钩等方块连接到锁存器的输入端，可以实现开关的操作。

5. 这可能是Minecraft中最小的存储设备之一。

6. 需要注意的是，Q表示Q的反相，若Q输出为真，则Q必为假，反之亦然。

7. 这种设计使得在某些情况下，用户可以选择所需的输出状态，而无需在需要反相输出时额外添加非门。

8. 一个常见的应用实例是利用它构建警报系统，当压力板被玩家或怪物踩踏时，警告灯（例如红石火把）会亮起，保持这个状态，直到按下复位按钮。

9. 其真值表中，输入端S和R不能同时为真，因为这会破坏Q和Q之间相互反转的关系。

10. 若信号在某些设计版本（如B和D）中未能隔离，可能导致Q和Q同时显示为真，从而导致输出信号错误。

11. 只有当S与R中的任一个为假时，输出信号才能恢复为正确值。

12. 然而，如果S和R在同一周期同时变为假，则输出结果将是不可预测的，可能是Q也可能是Q，具体取决于游戏机制。

13. 实际使用中，应当避免使用这种不确定的输入状态。

14. 在设计版本E中，如果S和R同时为真，则Q和Q会同时为假。

15. 除了标准的红石电路设计外，RS或非锁存器还可以通过黏性活塞实现。

16. 当红石中继器自我连接并获得初始电源时，电力将持续循环，直到电路被断开。

17. 利用黏性活塞的方块切断电路，可以作为重置输入端R，以重置整套锁存器电路。

18. 这种方式比传统红石电路设计简单，但需要更多的空间。

19. 在Minecraft 1.0版本后，玩家能够制作更紧凑的RS或非锁存器：当活塞水平放置时，电路尺寸为2x5x2，而纵向放置时，其尺寸为2x3x4。

启用/禁用RS或非锁存器

1. 通过在锁存器的两个输入端（S 和 R）各安装一个与门，可以实现对RS或非锁存器的启用或禁用功能。
2. 这两个与门的输入与一个额外的输入端 E 相连。
3. 当输入 E 为真时，锁存器将按预期运行。
4. 若输入 E 为假，锁存器的输出状态将保持不变。
5. 这种实现方式被称作门控RS锁存器。

输入稳定器单元

1. 该装置具备持续稳定输入信号的能力，一旦接收到信号后，它会保持该状态，即使输入源已断开。

2. 本质上，这个装置可以视为一种自供电的中继器，具备无R端的RS或非锁存器的特性。

3. 利用这个装置可以将按钮或压力板产生的短暂信号转化为持久信号。

4. 此装置还可以被改造成RS或非锁存器，其中一种方法是在其顶部放置两个串联的非门（红石火把）。

5. 当第二个非门被激活时，装置的状态将恢复为假。

6. 此外，也可以使用活塞来实现这一改造。

7. 该装置对于由压力板触发的陷阱尤为重要，因为即使被困玩家破坏了压力板，陷阱依然无法重置。

8. 若需重置此电路，用户可以将其更换为RS或非锁存器，并将R端隐藏在某个控制室内。

RS与非锁存器

RS与非锁存器的设计

1. RS与非锁存器（RS NAND Latch）是一种通用逻辑门的设计，基于与非门和非门的原理构建而成。

2. 在输入和输出的反相关系下，RS与非锁存器的逻辑输出与RS或非锁存器在相同输入条件下是相等的。

3. 在Minecraft游戏中，红石火把可以视作一个非门，因此设计RS与非锁存器在实际应用中并没有太大的意义。

4. 当S和R都为假（即同时为真）时，输出Q和Q也会同时为真。

5. 如果S为真而R为假，那么输出Q将为真。

6. 反之，当R为真而S为假，输出Q同样为真。

7. 当S和R同时为真时，输出Q和Q不会改变，其状态将保持在前一个条件下的状态。

D触发器与门控D锁存器

一个门控D锁存器和D触发器

纵向的D锁存器

压缩的D锁存器

1. D触发器（D Flip-flop）是一种对输入时钟脉冲的边沿变化敏感的电路装置，这里的“D”代表“数据”（Data）。

2. 此设备在检测到时钟信号的边沿变化时，会使输出信号与输入端D保持一致，具体来说，即时钟信号从假变为真（上升沿）或从真变为假（下降沿）。

3. 通常，触发器被视为边沿触发的设备，而锁存器则被定义为电平触发的设备，其在时钟信号的高低状态下都会保持激活。

4. 一个基础电平触发装置的示例是门控D锁存器（Gated D Latch，设计版本A），在其时钟信号为假时会设定输出；而当时钟信号为真时，会忽略输入端D的变化，保持输出端Q不变。

5. 为了将D锁存器转换为D触发器，只需添加一个边沿触发器，设计版本B中就包含了一个上升沿信号触发器，它只在时钟信号从假变为真时根据输入端D设定输出端信号。

6. 这些设计方案的输出信号通常是非隔离的，这意味着可以异步控制R和S输入，从而覆盖时钟信号并强制设定输出状态。

7. 若希望输出端隔离，则可以不直接使用输出端Q，而是利用Q'端并引入一个非门。

8. 设计方案C为设计版本A的一个扩展，采用了正相时钟的设计，能够在时钟信号为真时持续设置输出信号。

9. 我们可以针对许多这样的触发器进行设计，且将它们并行放置在最小空间内，利用单一时钟信号对所有触发器进行同步触发。

10. 输出端Q的连接在反向上与输入端结合较为简便。

11. 设计方案E为设计版本A的压缩版本，同时保持与其相同的高度要求，并且允许高电平输入时触发边沿触发器。

12. 设计版本F在时钟信号为真时维护状态，而在时钟信号变为假时则输出D的状态。

13. 注意：图示中有一个表示断路的方块，位于红石线之上，用黄色斜线标示。

14. 在这里，中继器用于同步信号，且必须处于激活状态。

15. 设计方案G利用了在1.4正式版中新引入的红石中继器锁存特性，在时钟信号处于高电平时保持状态，其压缩程度较之前的D触发器设计方案大为提高。

16. 设计方案H由两个组合的G方案组成，一个用于高电平触发，另一个则用于低电平触发，这样便实现了上升沿触发的效果。

17. 若将方块与红石火把对调，则将获得下降沿触发的特性。

BUD型D触发器

基于活塞BUD的D触发器

1. 在《我的世界》中，玩家们借助活塞BUD原理构建了极为精巧的D触发器，这一设备在集成红石电路中具有广泛的应用潜力。

2. 然而，在使用这种触发器时，需特别留意，除了触发器本身，活塞周围的方块不能作为电路的一部分，否则将会影响触发器的正常功能。

3. 在实际应用中，图示中的拉杆可作为D输入端的一个示例，而中央的红石线则负责传递时钟触发信号（双边沿触发）。

4. 输出端则通过左侧的红石线进行连接，确保信号的有效传递。

5. 此外，中央的活板门仅作为BUD触发的辅助组件，但在Java版1.5中其功能已失效，建议更换为活塞、动力铁轨、激活铁轨、音符盒或钟等其他设备。

6. 右图是上升沿触发的版本。

JK触发器与锁存器

JK触发器设计方案

1. JK触发器（JK Flip-flop）是一种特殊的储存单元，用于存储信息，其功能基于时钟信号的变化而变化。

2. 当时钟信号C发生“从假变真”或“从真变假”的边沿变化时（设计方案A与B），或保持在特定电平时（电平触发锁存，设计方案C），触发器将会被激活。

3. 在触发器被激活后，若输入J为1而K为0，则输出Q为1；若J为0且K为1，则Q输出为0；如果J和K都为0，JK触发器将保持之前的状态；而当J与K均为1时，输出会发生反转——例如，若触发前Q为1，则触发后Q将变为0。

4. 下面的真值表简明地总结了这些状态的变化，其中Q(t)代表触发后的输出，Q(t-1)则是触发前的输出。

5. JK触发器的反向功能（当J=K=1）仅在边沿触发的情况下才具有实际意义，边沿触发意味着瞬时响应状态。

6. 如果针对电平触发的触发器（比如设计方案C）应用反向功能，持续将时钟信号保持在高电平会导致触发器不断反转。

7. 尽管这种反转的速度可能不足以使红石火把耗尽，但对于电平触发的设计来说，反向功能依旧不适用。

   J	K	Q(t)
   0	0	Q(t-1)
   0	1	0
   1	0	1
   1	1	Q(t-1)

   设计方案	A	C	D	E
   尺寸	9x2x11	7x4x5	5x2x7	14x10x1
   火把数量	12	11	8	10
   红石粉数量	30	23	16	24
   中继器数量	0	0	6	6
   存在Q输出？	否	是	是	否
   触发方式	边沿	电平	边沿	边沿

8. 设计方案E是基于设计方案A而构建的一个纵向JK触发器电路，整个电路可以分组搭建，只需确保电路间留有一个方格的间隔。

9. 当K端与Q端共同输入到一个与门时，该与门的输出可以连接下一级触发器的J和K端，从而实现二进制计数器的功能。

10. 若希望减少所占用的面积，可以通过在红石线路中使用中继器，使得K端越过相遇的方块，并通过另一侧与红石线路连接K和Q，节省空间并便于布局。

T触发器

T触发器设计方案

更多T触发器设计方案

1. T触发器（T Flip-flop）是一种电路元件，名称中的“T”来源于“Toggle”，意为“转换”。
2. 在Minecraft中，T触发器的基本原理是，当输入端的状态从低电平变为高电平时，输出信号就会被反转（适用于上升沿触发）。
3. 其在游戏中的常见应用之一是将按钮与输入端连接，点击一次按钮便能切换输出状态，例如打开或关闭门，而按钮释放后，输出状态则不再变化。
4. 需要注意的是，设计方案D不具备边沿触发功能，一旦被激活，输出会持续反向，直到触发信号解除。
5. 由于T触发器能够将两个输入脉冲转化为一个输出脉冲，因此它是所有二进制计数器和时钟电路的基本组成部分。
6. 然而，设计方案B并不适合长脉冲的应用。在Java版中，黏性活塞展现了一个很实用的特性：若其受到宽度仅为1刻的脉冲激活，它会推或拉动一个方块，但不会在收到后续信号后将方块归回。
7. 这使得黏性活塞非常适合用于构建紧凑型T触发器。
8. 设计方案Z1为占地面积最小的方案，其结构为黏性活塞和可移动方块位于第一层火把的上方第二层。
9. 设计方案Z2则是最低的方案，仅有一格高，适合空间有限的环境。
10. 而设计方案Z3则采取纵向布局。
11. 设计方案Z4由于其部分埋藏的构造，使其成为占地最小的选项（3x2x2）。
12. 若希望将按钮或压力板与设计方案Z4连接，首个中继器及其右侧的方块可以省略，只需在该区块右侧的方块（第二层）上附着按钮或压力板。
13. 设计方案L2、L3、L4与L5均依赖于1.4版本正式版引入的红石中继器锁存特性。
14. 尽管方案L3的规模比L2小，但其响应速度较慢。
15. 方案L4占地最小，但需要使用活塞并依赖下降沿触发。
16. 相较之下，方案L5与L3占用相同的面积，适用于上升沿触发，反应速度与L2相同，然而高度为2格。

铜灯T触发器

1. 使用铜灯与红石比较器结合，可以创造一个既小巧又高效的T触发器，且不需要上升沿探测器。

2. 自Minecraft Java版1.21和基岩版1.21.0发布以来，这种T触发器的设计成为了一种极为便利的选择。

3. 尽管如此，以前的T触发器设计仍然有效，玩家可以根据自己的需求进行选择。

铁轨型T触发器

铁轨型T触发器

另一种铁轨型T触发器设计方案

1. 铁轨型T触发器是一种利用铁轨和红石组件构建的触发机制。
2. 相较于传统的T触发器，这种设计的响应速度较慢，但在特定的地形布局中可能更为合适。
3. 在铁轨的转角位置，玩家通常会放置木质方块作为压力板，负责切换底部RS或非锁存器的状态。

发射器型T触发器

发射器型T触发器

1. 在Minecraft 1.3正式版及其之后的版本中，发射器具备了发射和回收水源方块的功能。
2. 玩家可以利用这一特性，与方块更新感应器结合，制作出简单的T触发器。
3. 然而，相比于传统的仅使用活塞构建的T触发器，这种新设计所需的材料显然要更多。
4. 目前，水源方块还可以被熔岩或细雪替代，以丰富玩家的创造性使用方式。
5. 不如用红石比较器输出。

中继器型T触发器

1. 红石中继器在游戏中首先需要被解锁，随后才能接收下降沿信号。

2. 当信号被接收后，中继器将创建一个切换状态的计划刻。

3. 在执行该计划刻之后，中继器会进入锁定状态。

时钟运行半周期

1. 漏斗时钟在无信号时运行，需要输入负脉冲。

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