nand2tetris:[WIP]从第一原理到构建现代计算机的课程:从Nand到Tetris
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资源说明:《从Nand到Tetris》是一门独特的计算机科学课程,旨在从最基础的逻辑门开始,逐步构建出一个完整的现代计算机系统。这门课程涵盖了从硬件设计到软件开发的全过程,让学生深入理解计算机的工作原理。课程的核心理念是通过实践来学习,让学生亲手构建一个从硬件到软件的完整计算机体系,而不仅仅是理论上的学习。 我们要从“NAND”开始,这是一种基本的逻辑门,可以执行“非与”操作。通过组合多个NAND门,我们可以构建出所有其他类型的逻辑门,如AND、OR、NOT和XOR等。这些逻辑门是数字电路的基础,它们处理二进制信号,实现了布尔逻辑运算,是计算机硬件计算的基础。 接下来,我们利用这些逻辑门设计和实现简单的处理器,即中央处理器(CPU)。CPU是计算机的大脑,它执行指令,控制数据流,并处理各种算术和逻辑运算。在这个过程中,我们需要了解寄存器、指令集架构(ISA)和微程序设计等概念。通过编写汇编语言,我们可以直接与CPU进行交互,这有助于理解指令集和程序执行的基本过程。 汇编语言是低级编程语言,对应于机器语言,但更易于理解和编写。每个汇编指令都直接映射到CPU的特定操作。在《nand2tetris》课程中,学生们会学习如何编写汇编程序,并理解它们如何被翻译成机器代码。 随着硬件部分的完成,我们转向软件层面,首先是操作系统的设计。操作系统是管理计算机硬件资源和提供服务给应用软件的软件。在这里,我们将学习进程管理、内存分配、文件系统和中断处理等关键概念。同时,也会接触到虚拟机的概念,通过虚拟机模拟真实计算机环境,使得程序可以在不同的硬件上运行。 我们将构建高级编程语言的编译器,例如C++或Nim。编译器将源代码转换为机器可执行的目标代码,这涉及词法分析、语法分析、语义分析和优化等多个阶段。通过这个过程,学生可以更好地理解高级语言和底层硬件之间的桥梁。 在《nand2tetris》课程中,"NimC++"可能是一个用Nim语言编写的C++编译器的项目,"nim"是另一种高级编程语言,而"assembler"则涉及到汇编语言的使用。这些工具和技术将帮助学生从不同角度理解计算机系统。 《从Nand到Tetris》课程提供了一次全面的计算机科学体验,从最基本的硬件逻辑到复杂的软件系统,让学生真正理解计算机是如何工作的。通过这样的实践,不仅可以提升技术技能,也能培养问题解决和创新思维能力。
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