Память: схема, которая отказывается забывать

У всего, что мы собрали, есть одна беда: у схемы нет прошлого. Вентиль AND не знает, что он выдавал секунду назад, он знает только то, что на его входах сейчас. Убери входы — и выход перестанет что-либо значить. Чтобы хранить бит, нужна схема, чей выход зависит от того, что она делала раньше, а обычные вентили так не умеют.

Хитрость в обратной связи: соедини выход вентиля обратно с его входом. Теперь у схемы есть состояние, потому что значение на проводе — одновременно и причина, и следствие. Толкни её в 1 — и она останется в 1; толкни в 0 — останется в 0. Ничему снаружи не нужно удерживать вход: петля держит себя сама.

stored = NOT(NOT(stored))

stored = 1  ->  NOT(1) = 0  ->  NOT(0) = 1  ->  stays 1
stored = 0  ->  NOT(0) = 1  ->  NOT(1) = 0  ->  stays 0Петля из двух вентилей NOT хранит то, что в неё положили

На практике петлю собирают из двух вентилей, направленных друг на друга, так что каждый держит на месте другого. Добавь возможность на миг пересилить петлю — линию записи — и ты сможешь втолкнуть в неё нужный бит. Отпусти линию записи, и петля сохранит этот бит. Такая схема называется защёлкой, а две защёлки, работающие вместе по такту, образуют триггер, который меняет состояние только в момент тактового импульса.

Соедини 64 защёлки — и получишь регистр: 64 бита, которые процессор читает и пишет как одно число, и лежат они вплотную к арифметическому устройству, чтобы быть доступными за один такт. Горстки регистров процессору хватает для работы. Оперативная память — та же идея, повторённая миллиарды раз, только перед ней стоит дешифратор адреса, чтобы процессор мог сказать «дай байт по этому адресу»: медленнее и куда больше, но собрано из ровно той же петли обратной связи.