Тактовый генератор и D-триггер

SR-защёлка — отличная вещь, но у неё есть проблема: она слишком хаотична. Если сигналы в большом процессоре придут на входы с микросекундной разницей, схема может запомнить случайный мусор. Процессору, как большому симфоническому оркестру, нужен дирижер, чтобы все инструменты играли строго в один ритм.

Этим дирижером выступает тактовый генератор (Clock). Он выдает стабильный пульс: тик-так, 1-0, 1-0. Знакомые всем гигагерцы (GHz) в характеристиках ПК — это как раз скорость этого пульса (миллиарды тиков в секунду).

Чтобы память слушалась дирижера, инженеры придумали D-триггер. Он умеет делать то же самое, что и SR-защёлка, но с одним важным условием: он обновляет свою память строго в момент «тика» тактового генератора. Всё остальное время он глух к изменениям на входе. Благодаря этому синхронному пульсу данные по процессору текут упорядоченно и без ошибок.

Практический пример. Ваш процессор с частотой 3.5 GHz делает 3.5 миллиарда тактов в секунду. На каждом такте D-триггеры по всему чипу одновременно захватывают новые данные: регистры сохраняют результаты, счётчик команд обновляет адрес, конвейер продвигает инструкцию на шаг вперёд. Между тактами (всего 0.28 наносекунды) сигналы успевают пробежать через десятки вентилей и стабилизироваться. Если бы не тактовый генератор, сигналы сталкивались бы в хаосе.