计算机体系结构与设计: 设计一个CPU | Design a CPU

如果您想了解计算机的工作原理，那么本课程适合您。我设计了一个简单的 CPU（中央处理器），它是现代计算机的跳动心脏。我在一个名为 Logisim 的在线工具中设计和模拟 CPU 的每个模块。您可以下载该工具并在自己的计算机上模拟 CPU，或者如果您愿意，可以复制我的模拟文件并将它们加载到工具中并模拟您在视频中学到的内容，或者只是听视频（由你决定）。

我添加了 78 种不同语言的字幕。如果您的语言不存在，请与我联系，我会添加它。如果您不是以英语为母语的人，请尝试字幕并以 0.75 倍的速度播放视频。

首先，我们下载名为 LOGISIM 的免费设计工具，我们在其中设计和模拟我们的 CPU，并查看该工具并展示它是如何工作的。然后乐趣就开始了。我们设计并模拟了以下模块

简单的逻辑门

1位存储单元

8位存储单元

8位寄存器

解码器

RAM（随机存取存储器）

ALU（算术逻辑单元）

钟

然后我们从我们的辛勤工作中休息一下（pheeewww!!!）并提出问题，’计算机可以回答生命宇宙和万物的问题吗？’ 我们 看看 计算机 背后 的 一些 想法 , 以及 它 能 做什么 , 更重要的是不能做什么 ! 我们将在接下来的两个视频中回答这个问题。

算法

图灵机

在这个短暂的休息之后，我们回到设计我们的 CPU 上。我们设计并模拟了最困难的部分，称为控制单元。这就是魔法发生的地方，当你可以说‘我知道计算机是如何工作的！！！’ 在本节中，我们在控制单元中构建指令集。该指令集包括：

获取执行周期

ALU 指令

加载和存储指令

数据指令

跳转寄存器指令

跳转地址指令

JUMP IF 指令

清除标志说明

然后，我们在 Microsoft Excel 中构建了一个汇编器（什么是汇编器？一旦你到了这一点，你就会知道并且你会回家干！）

然后，我们使用 Excel VBA 对 CPU 进行建模，并以此构建一个汇编语言调试器。这将帮助我们编写汇编语言程序。最后，我们可以使用我们的第一个汇编语言程序加载 CPU。一种将 2 个数字相乘的算法（听起来可能不多，但您可以设计自己的算法并在您自己的 CPU 上模拟它们）。

然后我们看一下顶层模拟。我们用我们的第一个程序加载 CPU RAM（内存），并在我们眼前看到它在程序中运行。您可以让它快速执行代码，或者您可以一次通过一个 0 和一个 1 并查看您刚刚设计的 CPU 内部发生的每一个细节！！！

还要留意奖励部分，了解我将定期添加的额外材料。我将 CPU 从 8 位扩展到 16 位，创建了更多在 CPU 上运行的汇编语言算法，并详细解释了来自汇编器和调试器的 VBA 代码（还有更多内容）。

本课程遵循 ButHowDoItKnow（The Basic Principles of Computers for Everyone）一书中的 CPU 设计。本课程在作者网站上提供。你不需要购买这本书来学习课程，但我强烈推荐这本书。

如果您想知道计算机的核心是什么以及它是如何工作的，那么这就是您的课程！