从与非门到俄罗斯方块

从与非门到俄罗斯方块(From Nand to Tetris)

哈佛版本 CS 101:) (http://www.nand2tetris.org/)

(CS 101: Stanford 的计算机公开课 https://lagunita.stanford.edu/courses/Engineering/CS101/Summer2014/about#video-modal)

课程配套的教材中文译本是: 《计算机系统要素》(https://book.douban.com/subject/1998341/)

在作者的视频介绍中提及，CS涵盖的主要内容是:

1	OS, Hardware, Programming Language, Architecture, Data Structures, Compilers, Algorithm, Software Engineering, etc.

现有很多课程主要专注于上述的某一方面的内容，缺少了对整个计算机系统介绍的big picture，这正式这门课程想要解决的问题。

课程从 Nand 逻辑门开始讲起，涉及机器语言、汇编器、OS等内容，全面介绍了计算机系统，但是因为涉及面比较广，介绍的不是很深入，比较适合入门，另外课程配套了一些project，可以在网站上面找到相应的软件以及text。

这里主要介绍第一个 project

布尔逻辑

两输入的真值表，一共由16个，这些逻辑元器件可以使用与非门作为基础元件进行构建。这里涉及到一个问题：为什么与非门可以作为basic building block 用来构建其余的逻辑元器件? 参考 [1, 2, 3] 的内容，这里不展开说明，其实我也不是很懂。

Pro 1 中的作业

使用 Nand 构建以下的逻辑门。

非门

非门的真值表:

in	out
0	1
1	0

逻辑图:

代码:

CHIP Not {
    IN in;
    OUT out;

    PARTS:
    Nand(a=in, b=in, out=out);
}

与门

真值表:

a	b	out
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

逻辑图:

CHIP And {
    IN a, b;
    OUT out;

    PARTS:
    // Put your code here:
    Nand(a=a, b=b, out=y);
    Not(in=y, out=out);
    
}

或门

真值表:

a	b	out
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

逻辑图:

CHIP Or {
    IN a, b;
    OUT out;

    PARTS:
    // Put your code here:
    Not(in=a, out=na);
    Not(in=b, out=nb);
    Nand(a=na, b=nb, out=x);
    
}

异或门

真值表:

a	b	out
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

逻辑图:

CHIP Xor {
    IN a, b;
    OUT out;

    PARTS:
    // Version 1
    // Not(in=a, out=na);
    // Not(in=b, out=nb);
    // And(a=na, b=b, out=x);
    // And(a=nb, b=a, out=y);
    // Or(a=x, b=y, out=out);

    // Version 2 5 Nand
    // Not(in=a, out=na);
    // Not(in=b, out=nb);
    // Nand(a=na, b=b, out=x);
    // Nand(a=nb, b=a, out=y);
    // Nand(a=x, b=y, out=out);

    // Version 3 4 Nand
    Nand(a=a, b=b, out=ab);
    Nand(a=a, b=ab, out=x);
    Nand(a=b, b=ab, out=y);
    Nand(a=x, b=y, out=out);
}

数据选择器

真值表:

a	b	sel	out
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	1
1	0	0	1
1	0	1	0
1	1	0	1
1	1	1	1

逻辑图:

CHIP Mux {
    IN a, b, sel;
    OUT out;

    PARTS:
    // Put your code here:
    Not(in=sel, out=ns);
    Nand(a=a, b=ns, out=x);
    Nand(a=b, b=sel, out=y);
    Nand(a=x, b=y, out=out);
}