計算機系統要素，從零開始構建現代計算機（nand2tetris）
如果完成了本書所有的項目 你將會獲得以下成就
- 構建出一臺計算機（在模擬器上運行）
- 實現一門語言和相應的語言標準庫
- 實現一個簡單的編譯器
而且，這本書的門檻非常低，只要你能熟練運用一門編程語言即可。本課程綜合了數字電路，計算機組成原理，計算機體系架構，操作系統，編譯原理，數據結構等的主要內容，搭建了計算機平臺的構建的框架，並未深入細節，如果需要了解細節，可由本書作爲主線，逐步完善的知識體系。
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本章要實現的邏輯門電路
- 1bit寄存器，16bit寄存器
- RAM8，RAM64，RAM512，RAM4K，RAM16K
- 程序計數器PC
內容
1位寄存器：
一個觸發器可以對1位數據進行存儲。因此這個1位寄存器使用一個觸發器來實現。
輸入管腳：in，load
輸出管腳：out
核心代碼：
Mux(a=preout, b=in, sel=load, out=o1)
DFF(in=o1, out=preout, out=out)
16位寄存器：
將16個一位寄存器排列起來，將時序信號作用於每個寄存器，然後每個寄存器接收一位的輸入，根據時序信號確定是接收輸入還是繼續保持。
輸入管腳：in[16], load
輸出管腳：out[16]
僞碼：
for i=0:15
Bit(in=in[i], load=load, out=out[i])
RAM8：
要實現RAM8芯片，就要將一組8個寄存器排列起來。接着，必須構建一個組合邏輯，把從RAM8"in"輸入端的輸入值裝載到被選中的某個記憶單元內。依次類推，還需要構建一個組合邏輯，其對給定的address值選擇正確的寄存區，然後將它的out輸出值送到RAM8的out輸出上。
要將in[16]存儲到某個單元，首先需要定位該單元，然後將數據和控制信號送給該單元。定位某個單元，也就是將控制信號通過指定的線路輸出，這可以通過DMux8Way來實現。然後由於我們不知道具體是哪個單元，所以需要將數據和控制信號送個所有的單元，至於用哪個單元，完全由控制信號決定。根據address輸出值很顯然是個16位八選一的問題。
輸入管腳：in[16], load, address[3]
輸出管腳：out[16]
僞碼：
DMux8Way(in=address,out=loadSignal)
for i=0:7
Register(in=in,load=loadSignal,out=out_i)
Mux8Way16(in=out_[0..7], sel=address, out=out)
RAM64:
採用的思路是類似的，不同的是，對DMux8Way傳遞的地址和對Mux8Way16傳遞的地址時不同的。我們只需要將高三位地址傳給DMux8Way和Mux8Way16讓他們對芯片進行選擇即可，然後將低三位地址傳給RAM8作爲它的地址參數，進行芯片內部的地址選擇。
依次類推，我們可以構建RAM512，RAM4K，RAM16K…
輸入管腳：in[16], load, address[6]
輸出管腳：out[16]
僞碼：
DMux8Way(in=address[3..5],out=loadSignal)
for i=0:7
RAM8(in=in,load=loadSignal,address=address[0..2],out=out_i)
Mux8Way16(in=out_[0..7], sel=address[3..5], out=out)
PC程序計數器：
總體上來看，inc，load，reset三個管腳的信號所實現的功能都是二選一，因此可以使用Mux16來進行實現，加一操作是非常顯然的要用增量器Inc16來實現。由於PC計數器中數據有時需要改變，有時需要保持，所以還需要一個寄存器（16位）來實現。課本上是這麼說的“w位計數器包含兩個主要部分：一個常規的w位寄存器和組合邏輯。組合邏輯用來：(a)、執行計數功能。(b)、根據控制位的3種不同的命令值，將計數器置於正確的操作模式。提示：這個邏輯的大部分功能都已經在第2章中實現了。”
Inc的功能：確定是否需要對之前的數據進行加一操作，因此此二路選擇器a管腳應該輸入之前的數據值，b管腳應該輸入加一之後的數據值。顯然存儲功能是由寄存器實現的，所以要想獲得之前的數據值，就得從寄存器的輸出管腳那裏獲得，因此，將寄存器的輸出管腳分爲兩路，一路給管腳a，另一路經由增量器給管腳b。而寄存器的輸入應該是上一個器件的輸出。
load功能：確定是否加載芯片的輸入值，顯然b管腳連接in，而a管腳連接實現Inc功能的選擇器的輸出。
reset功能：確定是否將數據值置零，顯然b管腳連接常量false，而a管腳連接實現load功能的輸出。由於reset功能之後就沒有控制信號了，因此reset的輸出端給register的輸入。這樣就完成了一個簡單的計數器。至於計數器的原理和細節內容還需要參考數字電路的知識。示意圖，並不是規範的電路圖
輸入管腳： in[16],load,inc,reset
輸出管腳：out[16]