NandToTetris 專案展示如何從基本邏輯閘構建計算機

BigGo Editorial Team
NandToTetris 專案展示如何從基本邏輯閘構建計算機

從基本邏輯閘到能執行 Tetris 的功能完整計算機的構建過程,已經引起了開發者和計算機愛好者的極大興趣。 NandToTetris 專案展示瞭如何從零開始構建一個完整的計算機系統,因其教育價值和理解計算機架構的實用方法,在開發者社群引發了廣泛討論。

專案元件層次結構:

  • 邏輯閘( NAND 、 NOT 、 OR 、 AND )
  • 晶片
  • 隨機存取儲存器( RAM )
  • 中央處理器( CPU )
  • 計算機
  • 彙編器
  • 編譯器
  • 作業系統
  • 應用程式(例如: Tetris )

從 NAND 到複雜計算

該專案從用 C 語言實現的單個 NAND 門開始,逐步構建更復雜的元件。這種方法的獨特之處在於其純粹的自下而上的方法,不需要外部依賴,使開發者能夠深入理解計算機架構的每一層。社群成員已經用各種程式語言實現了這個專案,其中一位開發者甚至在門級別實現了一個 Lisp 機器。

基本閘電路實現:

  • NAND 門:基礎構建模組
  • NOT 門:由 NAND 門構建
  • OR 門:由基本閘電路構建
  • AND 門:由基本閘電路構建
  • 複雜元件:8路 DMUX ,16位8路 MUX

教育影響

NandToTetris 的教育價值特別值得注意,開發者們報告在短時間內取得了顯著的學習成果。正如一位社群成員分享:

「透過這門課程兩週的學習,我學到的計算機知識比多年的軟體開發還要多。」

這種感受在整個社群中普遍存在,特別是在那些被鼓勵探索底層程式設計概念以增進對計算機系統理解的網頁開發者中。

超越基礎實現

社群討論已經從基本實現發展到包括門級傳播延遲和功耗模擬等高階概念。這些新增將使模擬更接近真實硬體行為,儘管它們帶來了重大的技術挑戰。一些開發者也在探索使用 Verilog 或 VHDL 等硬體描述語言來實現專案的可能性,這可能會架起軟體模擬和實際 FPGA 實現之間的橋樑。

可訪問性和社群參與

儘管主題複雜,但該專案保持著較低的入門門檻。這個專案可以用任何程式語言來實現,社群也積極鼓勵貢獻,特別是在邏輯閘測試開發等領域。這種可訪問性創造了一個既適合學習又適合協作的環境。

該專案在社群成員建議各種改進的推動下持續發展,包括潛在的網路功能和更高階的硬體模擬,展示了它作為教育工具和探索計算機架構基礎平臺的價值。

參考:NandToTetris:從零開始構建完整計算機