计算机系统要素:从零开始构建现代计算机

.2.2.1 加法器
2.2.2 算术逻辑单元(alu)
2.3 实现
2.4 观点
2.5 项目
第3章 时序逻辑
3.1 背景知识
3.2 规范详述
3.2.1 d触发器
3.2.2 寄存器
3.2.3 存储
3.2.4 计数器
3.3 实现
3.4 观点
3.5 项目
第4章 机器语言
4.1 背景知识
4.1.1 机器
4.1.2 语言
4.1.3 命令
4.2 hack机器语言规范详述
4.2.1 概述
4.2.2 a-指令
4.2.3 c-指令
4.2.4 符号
4.2.5 输入/输出处理
4.2.6 语法规约和文件格式
4.3 观点
4.4 项目
第5章 计算机体系结构
5.1 背景知识
5.1.1 存储程序概念
5.1.2 冯?诺依曼结构
5.1.3 内存
5.1.4 中央处理器
5.1.5 寄存器
5.1.6 输入和输出
5.2 hack硬件平台规范详述
5.2.1 概述
5.2.2 中央处理器（cpu）
5.2.3 指令内存
5.2.4 数据内存
5.2.5 计算机
5.3 实现
5.3.1 中央处理器
5.3.2 内存
5.3.3 计算机
5.4 观点
5.5 项目
第6章 汇编编译器
6.1 背景知识
6.2 hack汇编到二进制的翻译规范详述
6.2.1 语法规约和文件格式
6.2.2 指令
6.2.3 符号
6.2.4 范例
6.3 实现
6.3.1 parser模块
6.3.2 code模块
6.3.3 无符号程序的汇编编译器
6.3.4 symboltable模块
6.3.5 有符号程序的汇编编译器
6.4 观点
6.5 项目
第7章 虚拟机ⅰ：堆栈运算
7.1 背景知识
7.1.1 虚拟机范型
7.1.2 堆栈机模型
7.2 vm规范详述，第i部分
7.2.1 概论
7.2.2 算术命令和逻辑命令
7.2.3 内存访问命令
7.2.4 程序流程控制命令和函数调用命令
7.2.5 jack-vm-hack 平台中的程序元素
7.2.6 vm编程实例
7.3 实现
7.3.1 hack平台上的标准vm映射，第i部分
7.3.2 关于vm设计实现的建议
7.3.3 程序结构
7.4 观点
7.5 项目
第8章 虚拟机ⅱ：程序控制
8.1 背景知识
8.1.1 程序控制流
8.1.2 子程序调用
8.2 vm规范详述，第ⅱ部分..
8.2.1 程序控制流命令
8.2.2 函数调用命令
8.2.3 函数调用协议
8.2.4 初始化
8.3 实现
8.3.1 hack平台上的标准vm映射，第ⅱ部分
8.3.2 范例
8.3.3 vm实现的设计建议
8.4 观点
8.5 项目
第9章 高级语言
9.1 背景知识
9.1.1 范例1：hello world
9.1.2 范例2：过程化编程和数组处理
9.1.3 范例3：抽象数据类型
9.1.4 范例4：链表实现
9.2 jack语言规范详述
9.2.1 语法要素
9.2.2 程序结构
9.2.3 变量
9.2.4 语句
9.2.5 表达式
9.2.6 子程序调用
9.2.7 jack标准库
9.3 编写jack应用程序
9.4 观点
9.5 项目
第10章 编译器ⅰ：语法分析
10.1 背景知识
10.1.1 词法分析
10.1.2 语法
10.1.3 语法分析（parsing）
10.2 规范详述
10.2.1 jack语言语法
10.2.2 jack语言的语法分析器
10.2.3 语法分析器的输入
10.2.4 语法分析器的输出
10.3 实现
10.3.1 jackanalyzer模块
10.3.2 jacktokenizer模块
10.3.3 compilationengine模块
10.4 观点
10.5 项目
第11章 编译器ⅱ：代码生成
11.1 背景知识
11.1.1 数据翻译
11.1.2 命令翻译
11.2 规范详述
11.2.1 虚拟机平台之上的标准映射
11.2.2 编译过程举例
11.3 实现
11.3.1 jackcompiler模块
11.3.2 jacktokenizer模块
11.3.3 symboltabel模块
11.3.4 vmwriter模块
11.3.5 compilationengine模块
11.4 观点
11.5 项目
第12章 操作系统
12.1 背景知识
12.1.1 数学操作
12.1.2 数字的字符串表示
12.1.3 内存管理
12.1.4 变长数组和字符串
12.1.5 输入/输出管理
12.2 jack os规范详述
12.2.1 math
12.2.2 string
12.2.3 array
12.2.4 output
12.2.5 screen
12.2.6 keyboard
12.2.7 memory
12.2.8 sys
12.3 实现
12.3.1 math
12.3.2 string
12.3.3 array
12.3.4 output
12.3.5 screen
12.3.6 keyboard
12.3.7 memory
12.3.8 sys
12.4 观点
12.5 项目
第13章 后记：发掘更多乐趣
13.1 硬件的实现
13.2 硬件的改进
13.3 高级语言
13.4 优化
13.5 通信
附录a： 硬件描述语言（hdl）
a.1 范例
a.2 约定
a.3 将芯片加载到硬件仿真器
a.4 芯片描述头（接口）
a.5 芯片描述体（实现）
a.5.1 单元
a.5.2 管脚和连接
a.5.3 总线
a.6 内置芯片
a.7 时序芯片
a.7.1 时钟
a.7.2 时钟芯片和管脚
a.7.3 反馈环
a.8 芯片操作的可视化
a.9 已经提供的内置芯片与新的内置芯片
附录b： 测试脚本语言
b.1 文件的格式和用法
b.2 在硬件仿真器中测试芯片
b.2.1 范例
b.2.2 数据类型和变量
b.2.3 脚本命令
b.2.4 内置芯片的方法和变量
b.2.5 范例
b.2.6 默认脚本
b.3 在cpu仿真器中测试机器语言程序
b.3.1 范例
b.3.2 变量
b.3.3 命令
b.3.4 默认脚本
b.4 在vm仿真器中测试vm程序
b.4.1 范例
b.4.2 变量
b.4.3 命令
b.4.4 默认脚本
索引...

.　　本书遵循“先抽象再实现”的方式，每一章开头先有背景知识部分，用来描述相关概念和通用的硬件或者软件系统。接下来的规范详述部分提供了对系统抽象的明确描述，即图P.1 本书及课程概览，圆圈中显示了涉及到的章节
　　它能提供何种服务。再接下来的实现部分继续讨论如何来实现抽象。之后的观点部分强调每章当中没有考虑却又值得注意的一些问题。每章的最后都是项目部分，提供了逐步进行构建的说明、测试程序和用于实际进行构建并进行单元测试的软件工具。
　　项目
　　Projects
　　本书介绍的计算机系统是实际可用的系统，可被实际地构建出来，并能够正常运作。只要读者跟随本书的脚步，逐步构建出这个计算机系统，就会对计算机系统有更透彻的理解，这与只阅读而不动手实践所达到的学习效果相比有天壤之别。因此，本书在内容的编排和选择上着重针对那些卷起袖子准备动手实践，从零开始构建计算机系统的读者。
　　每一章都完整阐述了一个单独的硬件或软件开发项目。用来构建计算机系统硬件平台的前四个项目（第1至4章的项目），是利用一个简单的硬件描述语言（HDL）来实现的，并可在与本书配套的硬件仿真器上进行模拟测试。后续第5至9章的5个项目（即汇编编译器，虚拟机第I部分和虚拟机第II部分，以及编译器第I部分和编译器第II部分）可以采用任何现代编程语言来编写。最后第10至12章的3个项目（底层编程、高级编程和操作系统）则采用之前项目中实现的汇编语言和高级语言来编写。
　　项目提示 本书总共有12个项目。按照一般的大学课程安排，完成每个项目大约会占用一周课外作业时间。这些项目完全是各自独立的，学生可以按任何顺序来完成（或者选择其中的几个来完成）。当然，“完整的体验”则需要按照顺序来逐个实现，这只是其中一种选择而已。
　　在讲授这门课程的时候，我们会做两个大“让步”。首先，除非是一些关键的情况，否则我们不去考虑优化问题，这个重要课题还是留给相应的专业课程来涵盖。其次，在开发翻译器软件包（汇编编译器、VM实现和编译器）的时候，我们提供了无错误的测试文件（源程序），以便让学生在翻译器的输入没有错误的前提下对自己构建的模块进行测试。因此，学生不必编写处理错误和异常的代码，从而使得软件项目更易于管理。当然，处理错误输入是一门重要课程，但我们认为学生可以在其他课程中学习这些相关的内容，比如专门的编程和软件设计课程。
　　软件
　　Software
　　本书的支持网站（www.idc.ac.il/tecs）提供了用于构建书中描述的所有硬件和软件系统所需的工具和资源。其中包括硬件仿真器、CPU仿真器、VM仿真器和汇编编译器的可执行版本，虚拟机、编译器，以及本书所介绍的操作系统。网站还提供了所有项目需要的资源——大约两百个测试程序和测试脚本，用于各个项目的开发和单元测试。提供的所有软件工具和项目资源都可以在任何装有Windows或Linux操作系统的计算机上使用。
　　致谢
　　Acknowledgments
　　本书中的所有软件都是由Interdisciplinary Center Herzliya的Efi Arazi计算机科学学院的学生们开发的。首席软件架构师是Yaron Ukrainitz，开发人员包括Iftach Amit、Nir Rozen、Assaf Gad和Hadar Rosen-Sior。与这些学生兼开发人员一起工作非常愉快，能够在他们的教育生涯中担任他们的老师，我们深感荣幸和自豪。也要感谢我们的助教，Muawyah Akash、David Rabinowitz、Ran Navok和Yaron Ukraintz，他们帮助我们针对这门课程作了很多前期探索性的教学（这正是本书的基础蓝本）。还要感谢Jonathan Gross和Oren Baranes，他们在Danny Seidner博士的精心指导下从事着相关项目的研究；感谢Uri Zeira和Oren Cohen，他们为Jack语言设计了集成开发环境；感谢Tal Achituv在开源问题方面的建议；感谢Aryeh Schnall仔细阅读本书并提出了一些编辑方面的细致建议。
　　在编写本书的同时还要兼顾我们日常的教学任务是不太容易的，所以我们还要感谢 Efi Arazi计算机科学学院的主任Esti Romen在困难时期为我们承担了很多责任。最后，我们要感谢那些使用过本书早期版本并帮助我们改正了很多错误的许多学生。希望他们在学习过程中领会到James Joyce（詹姆斯·乔伊斯，著名作家）所洞察的真谛：“mistakes are the portals of discovery（错误是发现探索的温床）”。...
　　Noam Nisan
　　Shimon Schocken