Wie so oft ist ein Bild (noch dazu eines, auf dem man herumklicken kann) weitaus aussagekräftiger als eine textuelle Beschreibung; hier also noch das interaktive Schaltbild eines einfachen RS-Flipflops (wir erinnern uns: der kleine Kreis direkt am Ein- oder Ausgang eines Gatters zeigt an, dass der entsprechende Wert negiert wird*):
Der Nachteil des RS-Flipflops ist, dass es ungetaktet arbeitet, das heißt, dass jede Änderung an den Eingängen sofort eine Änderung der Ausgänge nach sich zieht. Dieses Verhalten ist aber in der Regel nicht erwünscht, erst recht nicht bei Computern, die ja immer getaktet arbeiten. Getaktet heißt einfach, dass Operationen (wie die Addition oder das Speichern von Bits) nicht zu beliebigen Zeitpunkten stattfinden, sondern gebunden an einen regelmäßigen Takt (der entspricht der Gigahertz-Zahl, mit welcher für Computer immer so schön geworben wird).
Es gibt zahlreiche Flipflop-Varianten, welche ein getaktetes Verhalten aufweisen – selbst das bereits vorgestellte RS-FF lässt sich in ein sogenanntes taktpegelgesteuertes Flipflop umwandeln. Der Vielfalt halber aber zeige ich hier jedoch einen anderen Flipflop-Typ, welcher als Grundlage für weitere Bauteile dienen wird, vor allem auch, da RS-Flipflops den Nachteil haben, dass sie immer 2 Eingänge – Set und Reset – benötigen, wo doch in der Theorie ein einziger reichen würde. Daher wurden die sogenannten D-Flipflops entwickelt, welche mit einem Eingang D für die Daten auskommen. An einen zweiten Eingang C (für englisch “clock”) wird der sogenannte Takt angelegt – das ist eine konstante Folge von 0-1-Werten, die wie ein Metronom (tick-links, tick-rechts, tink-links, tick-rechts) die Zeit angeben. Der an D liegende Wert soll nur im Einklang mit dem Takt übernommen werden.
Hier lassen sich wiederum zwei verschiedene Möglichkeiten unterscheiden. D-Flipflops, die den Wert von D so lange auf den Ausgang Q abbilden, wie der Clock-Eingang C auf “1” gesetzt ist, werden taktzustandsgesteuerte oder transparente Flipflops (transparent, weil der D-Eingang sofort auf den Q-Ausgang abgebildet wird) genannt; im englischen Raum spricht man zur Unterscheidung hier nicht von Flipflops, sondern von Latches. Die zweite Möglichkeit besteht darin, den Eingangswert von D nur genau in dem Moment zu übernehmen, in dem an C eine positive Taktflanke anliegt, das heißt, wenn der Wert an C von “0” auf “1” wechselt; im englischen Raum sind das die eigentlichen D-Flipflops. Das folgende Schaltbild zeigt ein D-Latch; die zugehörige Schalttabelle spare ich mir diesmal, die kann ja anhand der Schaltung selbst hergeleitet werden:
An dieser Stelle müsste jetzt eigentlich die Erklärung folgen, wie denn ein D-Flipflop nun genau aussieht und wie man ein Register (das Ding, das ganze Bitketten speichert) aus Flipflops aufbaut. Da der Artikel aber schon viel länger geworden ist, als geplant, kommt hier erst einmal ein Schnitt und das Versprechen, dass die fehlenden Erklärungen im nächsten Artikel nachgereicht werden.
*Kennern wird auffallen, dass die Eingänge der beiden NAND-Gatter in der Schaltung invertiert und die Eingänge S und R in der bei RS-Flipflops sonst vielleicht unüblichen nicht-negativen Logik benutzt werden. Der Grund hierfür ist ganz einfach: so notiert ist das RS-FF leichter zu verstehen als in der Variante mit negierten Eingangssignalen.
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