给电路一个共同节拍

复习

D 锁存器可以写入并保存一个比特
使能端打开期间，输出会一直跟随输入
多个部件若随时变化，步骤便无法排出先后

TL;DR

时钟是一根周期性地在 0 和 1 之间变化的信号线
全机用共同边沿约定何时交接数据
时序图把多根信号的变化画在同一条时间轴上

正文

　　想象几十个人一起搬箱子。有人还没把箱子放稳，下一个人已经伸手来拿，结果只会乱成一团。

　　电路也一样。运算需要传播时间，存储需要明确的写入时刻。于是我们给整台机器放一个节拍器：滴答，准备；滴答，交接。

　　这个节拍器就是时钟。

一根反复跳变的线

      ┌───┐   ┌───┐   ┌───┐
CLK ──┘   └───┘   └───┘   └──
      ↑       ↑       ↑
    上升沿  上升沿  上升沿

　　从 0 跳到 1 的瞬间叫上升沿，从 1 跳到 0 叫下降沿。以后可以约定：“所有存储部件都只在上升沿收下新数据。”这样，全机便有了共同的交接时刻。

　　一高一低走完一轮，叫一个时钟周期。每秒完成多少个周期，叫作频率，单位是赫兹。频率不能无限提高，因为组合逻辑需要时间让结果传播并稳定；下一次边沿来得太早，存储部件可能收下尚未算完的值。

把先后画出来

　　电路图擅长说明“线接到哪里”，却不擅长说明“谁先变、谁后变”。因此我们让横轴表示时间，每一行画一根信号：

CLK  ──┐   ┌───┐   ┌───┐
       └───┘   └───┘   └──

D    ──────┐       ┌────────
           └───────┘

Q    ──────────────┐
                   └────────

　　这种图叫作时序图。高线表示 1，低线表示 0，竖直变化表示信号发生跳变。多行波形共用一条时间轴，所以能直接比较变化顺序。