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什么是电路的心脏：翻转锁与锁存器在数位系统中的角色是什么？
在电子学中，翻转锁（Flip-Flops）和锁存器（Latches）是一种具有两个稳定状态的电路，可以用来储存状态资讯，这种装置统称为双稳态多振荡器。这些电路可以通过施加于一个或多个控制输入的信号来改变状态，并会输出其状态，通常还包括其逻辑补数。它是顺序逻辑中的基本储存元件，至关重要。
翻转锁和锁存器是数位电子系统、计算机、通讯以及许多其他系统的基石。
翻转锁和锁存器被用作数据储存元件，能够储存单个位元（binary digit）资料；它们的两个状态分别代表“1”和“0”。这类数据储存可以用于状态的储存，此类电路被称为电子学中的顺序逻辑。当用于有限状态机时，输出和下一状态不仅取决于当前的输入，还取决于其当前状态（因此也依赖于之前的输入）。此外，它还可以用于计数脉冲以及将变化时序的输入信号同步至某个参考计时信号。
翻转锁这个术语在历史上泛指两类电路：电平触发（非同步、透明或不透明）和边缘触发（同步或时钟）电路，用于单个位元资料的储存。现代作者通常将“翻转锁”这个术语专门保留给边缘触发的储存元件，而将“锁存器”用于电平触发的电路。通过使用“边缘触发”和“电平触发”这两个术语，可以避免歧义。
当一个电平触发的锁存器被启用时，它变得透明，而边缘触发的翻转锁仅在时钟边缘时改变其输出。
翻转锁和锁存器有各种形式，通常作为集成电路出现，每片芯片上有多个元件。例如，74HC75是一种在7400系列中的四通道透明锁存器。
历史背景
第一个电子锁存器由英国物理学家威廉·埃克莱斯（William Eccles）和F.W.乔丹（F. W. Jordan）于1918年发明，最初称为埃克莱斯-乔丹触发电路，它由两个活跃元件（真空管）组成。这一设计在1943年的英国可破译机中使用，并且这类电路及其晶体管化版本在计算机中非常常见，即使在集成电路普及后，基于逻辑闸的翻转锁和锁存器仍有很大的应用。
早期的锁存器被称为各种不同的名字，例如触发电路或多振荡器。根据美国喷气推进实验室的工程师P.L.林德利（P. L. Lindley）的说法，后述的翻转锁类型（SR、D、T和JK）最早是在1954年由蒙哥马利·菲斯特（Montgomery Phister）在洛杉矶加州大学的一门计算机设计课程中讨论的，然后出现在他的著作《数位计算的逻辑设计》中。
实作
透明或非同步锁存器可以由一对交越耦合的反转元件构成：真空管、双极晶体管、场效应晶体管、反相器和反向逻辑闸都可用于实际电路中。时钟翻转锁则专为同步系统设计；这些设备会在专用时钟信号的转变时忽略其输入（称为时钟信号、脉冲或摆动）。时钟信号的转换会使翻转锁根据输入信号的值改变或维持其输出信号。
所有翻转锁和锁存器的性能与其类型和设计密切相关，这使得它们在数位系统中至关重要。
翻转锁和锁存器的类型
翻转锁和锁存器可以分为几种类型：SR（“设置-重置”）、D（“数据”）、T（“翻转”）和JK。每种类型的行为都可以通过其特征方程来描述，这方程根据输入信号和/或当前输出，推导“下一个”输出（Qnext）。
非同步设置-重置锁存器
使用静态闸作为基本元件时，最基本的锁存器是非同步设置-重置（SR）锁存器。其两个输入S和R可用来通过组合S=1和R=0将内部状态设置成1，并可通过S=0和R=1将内部状态重置为0。
SR锁存器可以用一对交叉耦合的NOR或NAND逻辑闸来构建。储存的位元结果在标记为Q的输出上显示。方便的思考方式是将NAND、NOR、AND和OR视为受控操作，其中一个输入被选作为控制输入（设置），而另一个输入则取决于控制状态进行处理。
思考与未来
随着科技的进步，翻转锁和锁存器的设计和用途将继续演进，为计算机和电子系统的未来打下基础。这些电路不仅在当前的数位系统中发挥重要作用，还将在未来的技术发展中持续推动各领域的创新。面对不断变化的科技环境，读者是否能想象未来翻转锁和锁存器会如何影响我们的数位生活呢？
