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从0到1构建计算机(11/12)--在Hack上运行小游戏

经过了前面10章漫长的旅程，我们终于要达成我们的目标了：在一个完全由自己实现的计算机平台上运行一个小游戏。这个小游戏要经过编写、编译、转换虚拟机字节码、汇编、生成机器代码等步骤，最终运行在自己搭建的虚拟计算机上。在游戏的运行过程中，每一条指令都是我们亲手编写，每一个细节我们都了如指掌，是我们完完全全地创造了它（虽然需要基于一个硬件虚拟机），这确实是一件非常有意思的事情。骑手快跑我这里...

Posted by guosai on March 21, 2020

从0到1构建计算机(10/12)--简单的操作系统

上一篇我们完成了Jack的编译器，这就意味着我们可以随心所欲地在Hack上编写Jack程序了。但是以Jack目前的能力，即使是想完成一些简单的操作也要编写非常复杂的代码，例如我们想要在屏幕上输出“Hello Workd!”，就必须在屏幕上特定位置绘制上几百个像素点。所以我们需要实现一个简单的操作系统来让事情变得更简单一些。操作系统就是用来衔接计算机的硬件系统和软件系统的，以使得计算机对程...

Posted by guosai on February 29, 2020

从0到1构建计算机(9/12)--实现编译器

本篇实现Jack的编译器，也是从0到1构建计算机系列最复杂的一篇。编译器的实现本身是非常复杂的，但得益于Jack超简洁的语法，我们回避掉了很多复杂的问题。总体上Jack编译器是一个完整的编译器，它包括词法分析，语法分析，语义分析，代码生成等重要主题。高级语言为什么能够被编译器理解和编译？因为高级语言是按照某种规则的语法（上下文无关语法）组织的，结构上层次化的语言。程序的每个类，每条语句都...

Posted by guosai on February 25, 2020

从0到1构建计算机(8/12)--高级语言：Jack

本篇我们将设计一门高级语言：Jack。Jack是一门基于面向的对象的语言，具备现代高级语言的基本特性和风格，但是语法相对简单，且不支持继承等高级属性（其实Jack非常寒酸，只是支持了“对象”的功能）。本篇的内容非常简单，主要是介绍Jack的语法。 Hello, World 众所周知，学习一门新语言的第一步，是写一个 Hello, World。 1 2 3 4 5 6 7 class M...

Posted by guosai on February 24, 2020

从0到1构建计算机(7/12)--实现一个虚拟机

计算机工作的本质就是对内存中的数据进行操作，因此只需要具备两种能力即可：(1)对内存的读和写；(2)用对数据进行算数逻辑运算。此外，支持指令跳转能大大提高计算机的可编程能力。直观上看，Hack具备了以上三项能力，我们上一篇也举例了如何实现1+2+…+100。但Hack和我们常用的CPU具备几百条指令集的能力还相去甚远，例如支持四则运算，对栈的操作，指针寄存器的使用，支持函数调用，处理入参和回...

Posted by guosai on February 21, 2020

从0到1构建计算机(6/12)--汇编语言与汇编器

前一篇我们完成了Hack平台的硬件部分，本篇开始我们进入到软件的部分。相比较而言，软件部分更加复杂，需要花更多时间来实现和调试。软件部分的第一层就是汇编语言和汇编器，本篇我们将定义Hack的汇编语言，并编写对应的汇编器汇编语言和汇编器汇编语言是机器语言的符号表示，相比于机器语言，汇编语言更接近于自然语言，便于我们阅读和记忆。汇编语言和机器语言在表述上的一致性是非常高的，绝大多数情况下...

Posted by guosai on February 19, 2020

从0到1构建计算机(5/12)--实现hack：计算机架构、内存、CPU和指令集

经过前两篇我们已经实现了所有的组合逻辑芯片和时序芯片，具备了实现hack计算机的基础，本篇是项目硬件部分的最后一篇，我们将在本篇定义hack能够执行的操作，即hack的指令集；实现hack的内存、CPU，然后将它们组合起来形成完整的计算机硬件架构。计算机架构 hack是基于经典的冯·诺伊曼体系架构，它的关键组成部分是将中央处理单元和存储器，通过存储器中存储的程序指令控制中央处理器的执行...

Posted by guosai on February 1, 2020

从0到1构建计算机(4/12)--时序逻辑芯片：时序门、寄存器、RAM、计数器

上一篇我们实现了一系列组合逻辑芯片和CPU的运算大脑：ALU，但是组合逻辑芯片是一个实时系统，只要输入值改变了输出值也马上跟着改变，上一秒辛苦计算出来的值，下一秒就消失不见了，因此我们需要一个具备”记忆功能”的原件，用于存储数据。这就是我们本篇要介绍的：时序逻辑芯片。反馈电路、时钟系统、D触发器组合逻辑芯片之所以无法记住上一次计算的值，是因为电流信息的流向是单向的，它总是向前流动，导...

Posted by guosai on January 29, 2020

从0到1构建计算机(3/12)--组合逻辑芯片：逻辑门、加法器、ALU

上篇说到：通过使用Nand门，我们可以实现任何逻辑门，进而实现可以一个CPU。后面我们就会搭建一个麻雀虽小但五脏俱全的计算机平台：hack。本篇我们开始第一步，实现搭建hack所需的一组芯片：组合逻辑芯片组合逻辑芯片一个最基本的CPU主要由两类芯片组成：组合逻辑芯片（Combinational Chips）：与、或、非门，加法器，ALU芯片等。这些芯片主要负责逻辑计算时...

Posted by guosai on December 16, 2019

从0到1构建计算机(2/12)--与非门实现CPU的数理基础

CPU和布尔函数 CPU本质上是一个函数计算器：信号通过输入管脚输入，对应着函数的入参 CPU的内部电路是函数的黑盒实现信号通过输出管脚输出，对应着函数的出参 8086 CPU 大家有没有思考过现代计算机为什么是基于二进制的🤔？事实上，在计算机的发展历程中确实出现过其他进制的计算机，例如10进制，3进制（现在计算机也是一步步演化过来了，其某些核心设计思想甚至来源于...

Posted by guosai on October 17, 2019