2、探索计算机系统构建：从Nand到Tetris的奇妙之旅

探索计算机系统构建：从Nand到Tetris的奇妙之旅

1. 开启发现之旅

真正的发现之旅不在于前往新的地方，而在于拥有新的视角。在计算机领域，我们即将踏上一段独特的发现之旅，学习三件重要的事情：计算机系统如何工作、如何将复杂问题分解为可管理的模块，以及如何构建大规模的硬件和软件系统。这将是一次亲自动手的实践之旅，我们将从零开始创建一个完整且可运行的计算机系统。

1.1 “Hello, World”背后的奥秘

如果你有编程经验，可能在早期训练中就遇到过类似下面这样的程序：

// 假设这是一个用Jack语言编写的Hello World程序
class Main {
    function void main() {
        do Output.printString("Hello World");
        return;
    }
}

这个程序看似简单，只是显示“Hello World”然后终止。但实际上，要在计算机上运行这样一个程序，背后有着复杂的过程。

程序本质上只是存储在文本文件中的一串普通字符，计算机只能理解机器语言指令。所以，要执行这个程序，首先要解析高级代码的字符字符串，揭示其语义，即弄清楚程序要做什么，然后生成用目标计算机的机器语言重新表达该语义的低级代码。这个精心设计的翻译过程称为编译，其结果是一个可执行的机器语言指令序列。

而机器语言也是一种抽象，是一组约定好的二进制代码。要将这种抽象变为现实，需要通过某种硬件架构来实现。硬件架构由一组芯片组成，如寄存器、内存单元、加法器等。每