上一讲,我们看到,要能够实现一个完整的 CPU 功能,除了加法器这样的电路之外,我们还需要实现其他功能的电路。其中有一些电路,和我们实现过的加法器一样,只需要给定输入,就能得到固定的输出。这样的电路,我们称之为组合逻辑电路(Combinational Logic Circuit)。
但是,光有组合逻辑电路是不够的。你可以想一下,如果只有组合逻辑电路,我们的 CPU 会是什么样的?电路输入是确定的,对应的输出自然也就确定了。那么,我们要进行不同的计算,就要去手动拨动各种开关,来改变电路的开闭状态。这样的计算机,不像我们现在每天用的功能强大的电子计算机,反倒更像古老的计算尺或者机械计算机,干不了太复杂的工作,只能协助我们完成一些计算工作。
这样,我们就需要引入第二类的电路,也就是时序逻辑电路(Sequential Logic Circuit)。时序逻辑电路可以帮我们解决这样几个问题。
第一个就是自动运行的问题。时序电路接通之后可以不停地开启和关闭开关,进入一个自动运行的状态。这个使得我们上一讲说的,控制器不停地让 PC 寄存器自增读取下一条指令成为可能。
第二个是存储的问题。通过时序电路实现的触发器,能把计算结果存储在特定的电路里面,而不是像组合逻辑电路那样,一旦输入有任何改变,对应的输出也会改变。