锁存器、触发器、寄存器和缓冲器

一什么是Latch
锁存器是一种对脉冲电平敏感并响应时钟脉冲电平改变状态的锁存器。
闩锁是一个存储单元，当达到某个级别时会被激活。数据存储动作由输入时钟（或使能）信号的电平决定。如果锁存器启用，则输出仅随输入的数据而变化。
（换言之，它有两个输入：有效信号EN和输入数据信号data IN，以及输出Q，其作用是在EN有效时将data IN的值传递给Q，即锁定过程。）
锁存器与触发器不同。当输出端的信号没有锁存数据时，它会随着输入信号而波动，就像信号流经缓冲器一样；一旦锁存信号起到锁存器的作用，则数据被锁定，而输入信号不被锁定。当未锁定时，锁存器有时被称为透明锁存器，因为输出对输入是透明的。
应用：数据在比时钟信号晚的时间有效。这意味着时钟信号先出现，然后是数据信号。在一些运算电路中，锁存器被用作数据暂存区。
缺点：时间分析很困难。
没有使用闩锁有两个原因：1。闩锁经常出现故障。2.在ASIC（专用集成电路）设计中，锁存器比ff（触发器）更容易，但在FPGA资源中，大多数设备都缺乏锁存器，需要使用逻辑门和ff来创建锁存器从而浪费资源。（将复杂可编程逻辑器件与FPGA结合使用是开发ASIC的最常见方法之一）（现场可编程逻辑阵列）

优点：体积小巧。因为锁存器比FF快，所以它是地址锁存的理想选择，但所有锁存信号源都必须是高质量的。锁存器广泛应用于CPU体系结构中，正是由于它的利用率提高了处理器的速度。外部IO组件逻辑要慢得多。因为锁存器需要更少的门来执行与触发器相同的功能，所以它们更常用于asic中。

二什么是Flip-Flop
触发器：（Flip-flop，缩写为FF），也称为双稳态门，或双稳态触发器，是一种具有两种状态的数字逻辑电路。触发器保持其状态，直到接收到输入脉冲（也称为触发器）。当接收到输入脉冲时，触发输出根据规则改变状态，然后保持该状态直到接收到另一个触发。
对于使用存储器芯片和微处理器的数字集成电路（IC），触发器电路被耦合以产生逻辑门。它们可以用来存储单个字节的信息。这些信息可能是任何信息，从序列器的状态到计数器的值，再到存储在计算机内存中的ASCII字母。

T（触发器）、S-R（置位/复位）、J-K（也称为Jack Kilby）和D（延迟）是一些不同类型的触发器电路（延迟）。零、一或两个输入信号以及时钟和输出信号在触发器中是常见的。重置电流输出的显式输入信号被包括在一些触发器中。1919年，W.H.埃克尔斯和F.W.乔丹发明了第一个电子扳机。
触发器——一种对脉冲边缘敏感的设备，其状态仅在时钟脉冲上升或下降时发生变化。
T触发器（也称为触发器或触发触发器）有两个输入和输出。当时钟频率从0变为1时，如果T和Q不同，则输出值将为1。T是输入端子。
当其为1时，输出端子的状态Q反转；当输入端子T为0时输出端子的状态Q保持不变。要制作T触发器，请将JK触发器的J和K输入点连接在一起。

应用：时钟比数据更准确。这意味着首先建立数据信号，然后建立时钟信号。在CP的上升沿，进入寄存器。

三什么是Register
寄存器：广泛应用于许多数字系统和计算机中，用于临时存储操作中涉及的数据和操作结果。事实上，寄存器是一个标准的时序逻辑电路，但它只是有一个存储电路。因为锁存器或触发器可以存储1位二进制整数，所以寄存器的存储电路由锁存器和触发器组成。N个锁存器或触发器可以形成N位寄存器。该项目的寄存器通常是根据计算机中的字节数构建的，因此有8位寄存器、16位寄存器等。
寄存器可以与任何具有设置1和0目的的触发器一起构建，无论是同步RS结构触发器、主从结构触发器还是边缘触发结构触发器。它具有公共输入/输出使能控制端子和时钟，通常由D触发器组成。在大多数情况下，使能控制端子用作寄存器电路的选择信号，而时钟控制端子用作数据输入控制信号。
手术中涉及的数据以及手术结果被临时存储在一些适度的存储空间中。它存在于各种数字系统和计算机中。事实上，寄存器是一个标准的时序逻辑电路，但它只是有一个存储电路。寄存器的存储电路由锁存器或触发器组成。N个锁存器或触发器可以形成N位寄存器，因为每个锁存器或者触发器可以存储1位二进制值。该项目的寄存器通常是根据计算机中的字节数构建的，因此有8位寄存器、16位寄存器等。
寄存器可以与任何具有设置1和0目的的触发器一起构建，无论是同步RS结构触发器、主从结构触发器还是边缘触发结构触发器。它具有公共输入/输出使能控制端子和时钟，通常由D触发器组成。在大多数情况下，使能控制端子用作寄存器电路的选择信号，而时钟控制端子用作数据输入控制信号。

寄存器的应用：
1.可以实现数据从并行到串行、从串行到并行的转换；2.它可以用作显示数据锁存器：许多设备需要显示计数器的计数值，该计数值使用8421BCD代码进行计数，并在七段显示器上显示。如果计数速度高，则人眼不能区分快速变化的显示字符。控制数据显示时间的一种流行方式是在计数器和解码器之间添加锁存器。
2.起缓冲作用；
3.计数器组成：移位寄存器由移位型计数器组成，如环形计数器或扭曲环形计数器。

寄存器移位寄存器是一种具有移位功能的寄存器。
寄存器的唯一用途是存储数据或代码。为了处理数据，有时必须在移位控制信号的操作下将寄存器中的每个数据位向高阶或低阶移位一位。根据可以调节双向（可逆）移位寄存器的数字移动方向，将移位寄存器分为左移位或右移位；根据数据输入端和输出方式，可分为串行或并行。除了D边缘触发器之外，JK触发器还可以用来创建移位寄存器。

四什么是缓冲区
缓冲寄存器：寄存器移位寄存器是一种具有移位功能的寄存器。
寄存器的唯一用途是存储数据或代码。为了处理数据，有时必须在移位控制信号的操作下将寄存器中的每个数据位向高阶或低阶移位一位。根据可以调节双向（可逆）移位寄存器的数字移动方向，将移位寄存器分为左移位或右移位；根据数据输入端和输出方式，可分为串行或并行。除了D边缘触发器之外，JK触发器还可以用来创建移位寄存器。前者的工作是临时存储外围设备发送的数据，以便处理器可以检索数据；后者的工作是临时存储由处理器发送到外围设备的数据。数控缓冲器允许高速CPU和低速外围设备协调和缓冲数据传输同步。

缓冲区：
缓冲器是用于在具有不同起始速度或优先级的设备之间传输数据的存储区域。缓冲区减少了进程之间的相互等待，确保从慢速设备读取数据时，快速设备的操作进程不会中断。
术语“缓冲区”是指计算机领域。具有锁存结构的电路或不具有锁存器结构的电路可以根据具体实现来构造缓冲器。通常，当发送和接收数据的工作速度相同时，可以使用没有锁存结构的电路来实现缓冲器；当发送和接收数据的工作速度不同时，采用具有锁存结构的缓冲器。以实现电路（否则，将出现数据丢失）。

缓冲器在数字系统中有许多用途：
（1） 如果设备的负载容量有限，可以添加带有驱动程序的缓冲区；（2） 如果前级和后级之间的逻辑电平不同，则可以使用电平转换器来匹配它们。
（3） 当逻辑极性不同或需要将单性变量转换为互补变量时，使用反相缓冲器；（4） 使用施密特电路将缓慢变化的信号转换为具有陡峭边缘的信号。
（5） 当数据传输和处理因设备之间的温度和时间差异而不同时，添加一级缓冲器进行补偿等。

五锁存器和触发器之间的区别是什么？
锁存器和触发器是具有存储功能的二进制存储设备，用于构建各种顺序逻辑电路。锁存器连接到其所有输入信号，并且当输入信号改变时锁存器改变；触发器由时钟控制，并且只有当时钟被激活时才对电流输入进行采样并产生输出。因为锁存器和触发器都是顺序逻辑器件，所以输出被连接到当前输入和前一时间的输出。
1.锁存器是异步调节和电平触发的。当使能信号有效时，该锁存器与通道相同，并且当使能信号无效时，锁存器保持输出状态。DFF是同步控制的，并且由时钟边沿触发。
2.由于锁存器对输入电平敏感，并且受到布线延迟的强烈影响，因此很难验证输出是否没有毛刺；DFF很难产生毛刺。
3.当利用门电路来构造锁存器和DFF时，该锁存器比DFF利用更少的门资源，证明了该锁存机优于DFF。结果表明，在ASIC中采用锁存器的集成度高于DFF，而在FPGA中则相反。其中不存在标准锁存单元而是DFF单元，并且一个锁存需要许多LE来实现。锁存器是电平触发的，这相当于有一个使能端子，它相当于激活后（当电平被使能时）随着输出而变化的导线。处于残疾状态
下一步是保持原始信号，这可以被视为不同于触发器。在许多情况下，锁存器不能取代触发器。
4.锁存器使静态时序分析变得复杂。
5.锁存器目前只出现在非常高端的电路中，如英特尔的P4和其他CPU。FPGA具有锁存单元，寄存器单元也可以用作锁存单元。在Xilinx v2p文档中，该单元被配置为寄存器/锁存单元，附件是Xilinx结构图的半部分。其他型号和制造商的FPGA尚未经过测试--我相信Xilinx可以直接配置，但altera可能更难；它需要几个LE，但非Xilinx设备的每个切片都可以以这种方式进行配置；Altera在DDR接口中只有一个特殊的锁存单元，总的来说，我相信Xilinx可以直接配置。锁存器设计将仅用于高速电路。我检查了sp3和sp2e，但没有检查其他任何东西，Altera的LE没有闩锁结构。根据手册，这一安排得到了支持。王典是正确的；Altera的ff不能配置为锁存器；相反，它使用查找表来实现锁存。
一般来说，在大多数设计中应避免使用锁。它打乱了你的设计时间，而且它是如此的无法检测，以至于非专家不会注意到。Latch的主要缺陷是它不能过滤掉故障。对于下面的电平电路来说，这是非常危险的。结果，只要可以采用D触发器，就不需要锁存器。
因为有些地区没有时钟，所以你必须依靠闩锁。例如，如果将clk连接到锁存器的启用端子（假设它处于高电平启用状态），则设置时间是指数据在时钟下降之前到达所需的时间