我这个人不懂什么CPU，于是我用代码模拟出了一个

在这里，外设使用的是适配模式，充当 CPU 和外部世界之间的硬件接口。这里并不难猜，肯定是软件设计模式获取灵感的地方。

I/O 适配器是如何连接到 GLFW 窗口的

通过分离关注点，使用 GLFW 将键盘输入的内容输出到屏幕是非常简单的过程。事实上我只是从模拟器中提取了大部分代码并整形了一下，使用 go 通道作为进出机器的信号。

让它跑起来

这可能是最难的一部分，至少也是最麻烦的。用如此有限的指令集编写程序集真的很糟糕。使用我编写的粗糙的汇编程序编写程序集更糟糕，因为你怪不得别人。

最大的问题在于同时处理这 4 个寄存器并跟踪它们，将它们作为临时存储存储到内存中。在这个过程中，我记得 Gameboy CPU 有一个堆栈指针寄存器，这样你就可以推送和弹出状态。不幸的是，这台电脑没有这么奢侈，所以我主要是在定制的基础上对内存里的东西进行移进移出操作。

我唯一花时间实现的伪指令是 CALL，以帮助调用函数。这可以让你运行一个函数，然后在函数被调用后返回到该点。由于没有堆栈，你只能调用一层的深度。

由于机器不支持中断，为获取键盘状态等函数，你必须实现糟糕的轮询代码。书中的确提到了实现中断的步骤，但那需要写更多代码。

无论如何，我最终编写出了四个程序，其中多数程序使用一些共享代码来绘制字体、获取键盘输入等。虽然与操作系统还有一定的距离，但它确实让我意识到一个简单的操作系统也可能提供一些服务。

但这其实并不容易，文本编写程序最棘手的部分是计算出何时转到新行，或当你按回车键时发生了什么。

<code>main-getInput:</code> 
<code>    CALL ROUTINE-io-pollKeyboard</code><code>    </code> 
<code><code>    </code>CALL ROUTINE-io-drawFontCharacter</code><code>    </code> 
<code><code>    </code>JMP main-getInput</code> 

上述文本编写程序的主要循环。

我也没有抽出时间来实现退格键或其他任何修改键。这让我意识到制作文本编辑器需要做多少工作，这项工作可能是多么乏味。

反思

这个项目对我来说非常有趣，也很有收获。在用汇编语言编程的过程中，我基本上放弃了底层的 NAND、AND 和 OR 门。我上升到了上面的抽象层。虽然我做的这个 CPU 很简单，距离电脑里的 CPU 还很远，但通过这个项目我学到了很多，如：

• 位元如何在使用总线的所有组件之间移动

• 一个简单的 ALU 是如何工作的

• 一个简单的 Fetch-Decode-Execute 循环是什么样的

• 没有堆栈指针寄存器的机器+堆栈的概念很糟糕

• 没有中断的机器很糟糕

• 汇编程序是什么、如何工作

• 外围设备如何与一个简单的 CPU 通信

• 简单字体的工作原理和在显示器上显示它们的方法

• 一个简单的操作系统会是什么样子

相关课程

如果你对于芯片的工作原理非常有兴趣，先上一些在线课程也是一个好方法。这一 Udacity 免费课程《高性能计算架构》源自佐治亚理工：

• https://cn.udacity.com/course/high-performance-computer-architecture--ud007

原文地址：https://djhworld.github.io/post/2019/05/21/i-dont-know-how-cpus-work-so-i-simulated-one-in-code/

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（编辑：晋中站长网）

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