继电器是如何成为CPU的—《穿越计算机的迷雾》整理和总结

ID:104287 · 发表于 2016-1-30 01:22

——《穿越计算机的迷雾》整理和总结

究竟是如何设计的电路，具有计算和控制的智力？
这一点也不高深。本系列文章从初中学的最简单的电路图说起，看看能不能从最初的有一个继电器的电路，画到一个简单的CPU。电路图用multisim12.0绘制，这样就可以看到效果了。
（注：虽然现代计算机是用半导体材料制作芯片的，但是电路原理和继电器材料没有不同。本人愚钝，只理解了继电器，还没有研究电子管、晶体管这些器件的工作原理。而继电器原理简单，用作讲解数字电路原理再好不过。）
PS：需要本文的multisim12电路图文件的话，麻烦点个赞并留下你的Email~

从电池、开关和继电器开始

上图左上角是一个很普通的电路，由电池、开关电流表和灯泡组成。这个是初中物理学过的。
上图右上角是对左上角电路的简单变形，用VCC代替了电池，用接地符号实现了回路。相当于把电池拆开来画了。电路功能是一样的。本文此后的电路图一般都采用VCC和接地表示电源。因为你会发现只有这样的画法能够让我们方便理解之后的电路图。
然后往下看，第三个电路图，那个圈圈里圈着个K的蓝色的东西，表示的是继电器。当继电器左侧有电流通过时，右侧的电路就断开；反之则联通。（对应地，也有那种左侧有电流通过时，右侧的电路就联通；反之则断开的继电器，稍后会用到）这个电路想让你知道的是，可以用继电器实现这样的功能：控制左侧的电路的通断，即可改变右侧电路的通断。换个方式说，就是左侧的电路通断情况决定了右侧的电路的通断情况。再往抽象了说，就是左侧电路代表了"输入"（Input）这个概念，右侧电路代表了"输出"（Output）这个概念。继电器则代表了"计算"（或者"算法"、"处理"等）（CPU）这个概念。硬件就是用这种电器设备的固有物理性质提供了最初的计算能力。
再往下看第四个电路图，它和第三个的区别就在于用VCC和接地符号代替了电池。初次看电路，我们有必要经历一次从电池到VCC和接地符号的过渡。以后的电路图，我们将直接使用VCC和接地符号，请务必在此处适应这样的画法。
然后是最下边这个电路。和第四个电路相比，它用一个"非门"的符号代替了"继电器、右侧电路电源和继电器的接地"这三个符号。也就是说一个"非门"实际上就是"继电器、右侧电路电源和继电器的接地"这三个东西的组合，而且画的时候省略了电源和接地符号。
之前在学校里学数字电路，我就是想不明白逻辑门的电源在哪儿，整个电路的通路在哪儿，所以一直学不好。现在有个这个电路图，感觉一切豁然开朗。

用继电器做个与门刚刚我们用继电器做出了"非门"。可以看到只要用一个继电器就可以了。与门的电路如下图所示。

与门由两个继电器（这两个继电器用的都是跟做非门的继电器通断情形相反的那种）构成，只有当两个继电器左侧都通电时，右侧电路才能联通。这样就实现了"与"的功能。"与门"的符号是一个躺着封口的U形。
注：本文里我做的电路图片都是GIF格式的，你可以在浏览器里看到随着开关的开闭，输入和输出电路上的灯泡是如何变化的。每个图上都有（bitzhuwei*cnblogs*com）标识我的博客地址，不过每个GIF图的最后一帧都去掉了这个标识。这样，看到一帧没有标识的时候，就知道下一帧将是GIF图的第一帧了。

用继电器做个或门"非门"、"与门"做出来了，"或门"也就不难理解了，直接上图大家体会吧。（导线交叉的地方，如果有个红点，表示是联通的，否则就是互不相干的）"或门"的符号像一个子弹。

用继电器做个异或门"异或门"的功能是：左侧的两个输入电路一个联通另一个不联通时，右侧电路联通；否则右侧电路不联通。这次先画符号，大家可以先自己尝试用继电器画"异或门"，锻炼一下思维，然后再向下看答案。

答案揭晓！"异或门"的实现如下图所示。乍看很复杂，其实是有逻辑的。最右边的两个继电器其实是一个"或门"，最左边两个继电器是两个"非门"，中间两上两下共四个继电器，是两个"与门"。这样就好理解了。AB两个输入电路为A通、B不通的时候，整个"异或门"会通过下方的路线使灯泡亮；若A不通、B通，则会通过上方的线路使灯泡亮。其他情况灯泡都不会亮。

做一些看起来可用的东西与或非异或逻辑门电路虽然重要，却离构造CPU相距较远，做出来似乎也没什么成就感。那么我们用这些过于基础的器件，做一些有用的东西吧！

小小约定为了表达方便，我们约定一下，逻辑门电路的输入（输出）线上有电流的时候，我们说输入为1（输出为1），否则就说输入为0（输出为0）。

振荡器振荡器能够不断地输出0、1、0、1、0、1、0、1……这样的信号。这种东西虽然一时说不上有什么用，不过一定是有用到的时候的。振荡器做起来也简单得离谱。看下图所示电路。

把非门的输出端连到输入端上。当输出为1时，输入也就成了1，那么输出就得变成0；然后输入也跟着变成0，这样输出又变回了1。循环翻转无休无止。振荡器能翻转多快，就看继电器的反应有多快了。（现代计算机用晶体管代替了继电器，晶体管比继电器翻转速度快得多，所以能够得到的频率更高，计算机的速度更快。而且晶体管比继电器省电）话说multisim12仿真的翻转速度也够可以的，本人截图也费了不少劲。
顺便给一个用继电器做振荡器的实际应用的例子：上学的时候上下课的铃声就是用继电器做的振荡器完成的。0101信号用锤子敲打铁盔表达了出来。

加法器刚刚约定了，用1和0表示电路的通断。电路只有通断这两种状态，所以计算机只用0和1来表示数，这就是二进制啊。关于二进制和十进制的内容别人写得太多了，我就不提啦。要计算两个多位二进制数的和，可以分别计算各个数位上的结果，而各个数位的计算方法又是相同的，即"被加数+加数=>和的值+进位的值"。这用逻辑门表示如下图。

A和B表示加数和被加数，C表示前一位计算的进位的值，C1灯泡表示本次计算的进位的值，S1灯泡表示本次计算的和的值。我找了半天，也没在multisim12里找到一位二进制数的加法器件的符号，大家看这个图就可以了。

要计算多位数，把单位数加法器首尾相连就可以了，如下图所示。这两张图是从《穿越计算机的迷雾》中拿来的。如果侵权，请告诉我，不然我就偷个懒不自己画啦。

寄存器学汇编的时候听过这个东西，"寄存"这个词让我感觉寄人篱下可怜巴巴的。寄存器的功能是把数据（约定里说的0和1，实际就是电路的通断状态）保存下来，以后还可以取出来用。寄存器这东西比之前的器件都复杂，需要一步一步来做。

R-S触发器先看下面这个电路，这是各种有存储功能的器件的基础。

上图展示的是在R和S开关都断开的情况下启动电路得到的结果。《穿越计算机的迷雾》里说这种情况下，哪个灯泡亮是不一定的，就看哪个逻辑门转的快了。不过我用multisim12仿真的时候，两个灯泡是在忽亮忽灭不停地闪。这可以说是非正常人类使用R-S触发器的情况。下面再看看正常人类使用R-S触发器的情况。

R-S触发器的R是Reset，意思是把Q灯泡重置为0，S是Set，意思是把Q灯泡置为1。可以看到，只闭合S，则Q亮NQ不亮；只闭合R，则Q不亮NQ亮；同时闭合RS，则Q和NQ都不亮；同时断开RS，则Q和NQ保持刚才的状态不变。

D触发器既然要保存数据，我们就要求只在希望保存某个数据的时候存进去，否则就不理他。所以我们给R-S触发器加一个新的输入作为控制端，只有控制端为1的时候才能保存新来的数据。这里也把RS端合并为一个D端，用一个非门实现了只能使R和S有且只有一个开关是闭合的（即要么Q灯泡变为1要么Q灯泡变为0）。

D触发器的符号我也没在multisim里找到，大家看这个吧。

上升沿D触发器我们只希望在某一瞬间把数据存起来，而不是像D触发器那样，控制端为1的整个时间端都会保存新数据。（这样最安全）于是我们在D触发器基础上设计了上升沿D触发器。这个触发器只在控制端从0变为1的瞬间存储新数据。是不是很奇妙的设计？

上升沿D触发器使用了两个D触发器，再加一个非门，就OK了。平时，我们把要存储的数据（D开关）放好。然后，当控制端CP为断开时，图中上面那个D触发器是能够存数据的，但是下面那个存不了。就是说新数据已经到了两个D触发器之间的导线上。在控制端CP闭合的瞬间，上面的D触发器无法再存新数据了，而下面的D触发器可以存新数据了，那么它存的是哪个新数据？只能是刚刚在两个D触发器之间的导线上的数据了。这个瞬间之后，新数据无法通过上面的Ｄ触发器，自然也就无法保存了。
这次我终于在multisim12里找到了上升沿D触发器的符号。

乒乓触发器这是个有点类似振荡器的器件。两者的区别在于，振荡器是自动地改变输出，乒乓触发器是在输入一个上升沿的时候改变输出。电路图如下所示。

可以看出，乒乓触发器其实就是把上升沿D触发器的非Q输出端接到了输入端。很显然每次存的新数据总是和输出信号相反。
乒乓触发器可以用来做计数器。计数器有这样的功能：每收到一个上升沿的信号，就增加1。例如下图所示的能统计二进制的00000到11111（即0到31）这32个数。计数器的每一位计数器件都是一个乒乓触发器。灯泡亮表示1，灯泡灭表示0。

走马灯利用上升沿D触发器还可以做"走马灯"。走马灯是每次都让前面一个灯泡亮的设备，最后一个灯泡亮过之后，又从第一个灯泡开始亮，循环往复。下图所示电路就是一个有5个灯泡循环走马的走马灯。为了在电路刚接通的时候让第一个灯亮起来，我加了两个开关S1和S2，大家可以分析一下怎么用S1和S2。这有助于加深体会上升沿D触发器的功能，并加速对更复杂器件的理解。

寄存器终于到这个小玩意了！
能保存5位二进制数的寄存器如下图所示。其实就是5个上升沿D触发器并列起来而已。

想保存数据的时候，调整好D0、D1、D2、D3、D4五个开关（实际应用的时候就可能是其他电路的输出导线了），然后断开再闭合一下控制端的开关S5即可，数据就保存到了5个上升沿D触发器的Q端。
我这里只画了保存5位数的寄存器，是因为再画就太大了，在word里图就看不清楚了。我们知道现在计算机的寄存器已经到32位或者64位了。那就是有32或64个并列的上升沿D触发器组成一个寄存器。我们也看到了一个上升沿D触发器需要几十个继电器（晶体管），那么一个寄存器就需要上千个继电器（晶体管）了。而CPU里包含的寄存器、加法器等运算器还有各种控制器，其包含的继电器（晶体管）数目上百万也就很好理解了。内存条里的内存也是用上升沿D触发器和一个门电路组成存储一位（一个bit，8个bit是一个字节）的存储结构的，其包含的继电器（晶体管）数目可想而知有多少。

中场休息到这里，做CPU需要的基础器件就差不多全了。不过再写下去就太长了，不利于理解和记忆。因此暂且中场休息，下一篇再继续介绍如何构造一个简单的CPU。
前面介绍的各自器件，可以用下表描述其继承关系。（索性把下一篇文章要介绍的器件也列出来了）

继电器
	非门电路
	与门电路
	或门电路
	异或门电路
振荡器
加法器
寄存器
	R-S	D	D↑	乒乓	计数器
				走马灯
				寄存器	多个数的加法器
				存储器	多bit存储器	多字存储器	有地址译码器的存储器
控制器
	手动
	半自动
	全自动

自言自语自大学始，学软件工程至今已有7年。一共找到这么几本好书：《穿越计算机的迷雾》、《Orange'S OS：一个操作系统的实现》、《CLR via C#》。
读《穿》就是为了弄明白一个问题：为什么计算机能够计算？《穿》在下面这张图中让我明白了我一直想不明白的问题。

读《Orange》也是为了弄明白一个问题：进程到底是什么？
读《CLR via C#》还是为了弄明白一个问题：.NET虚拟机里都有什么？
想知道的东西还有很多，抓紧一切机会去求索~

上一篇已经从电池、开关、灯泡和继电器开始，画出了设计CPU所需的基本器件。这些器件将成为设计CPU的砖瓦木料。这一篇就用这些基本器件做一个CPU的雏形。

本篇所需基础器件
传输门下图所示的传输门的作用是：当左边的"~1G"端输入为0时，左侧的1A4、1A3、1A2、1A1会直接传输到右侧对应的1Y*，就像一条线直接从1A*连接到1Y*一样；当左边的"~1G"端输入为1时，左侧的1A4、1A3、1A2、1A1都不能传输到右侧对应的1Y*，就像从1A*到1Y*的连线被剪断了一样。
注：本文里我做的电路图片都是GIF格式的，你可以在浏览器里看到随着开关的开闭，输入和输出电路上的灯泡是如何变化的。每个图上都有（bitzhuwei*cnblogs*com）标识我的博客地址，不过每个GIF图的最后一帧都去掉了这个标识。这样，看到一帧没有标识的时候，就知道下一帧将是GIF图的第一帧了。

传输门的原理很简单，就是在每个1A*到1Y*之间的连线上放个继电器而已，如下图所示。（取自《穿》）

寄存器在上一篇已经说明了寄存器的原理，这里仅仅是为了说明"74LS194"这个带有各种无聊管脚的四位寄存器的用法。将"~CLR"、"S1"和"S0"置为1，"SR"和"SL"置为0，然后，"74LS194"就是一个简单的四位寄存器了。（本人在multisim12.0里只找到了这个靠谱的四位寄存器，凑合用吧。）

数值显示器为了更直观地看到CPU的运算结果，我们将使用"DCD_HEX"这个东西。它能够把输入的"0101"显示为"5"，把"1010"显示为"A"。

本文还要用一个四位的加法器，直接在下面这个简陋的CPU里看就好了，不再单独展示。

一个简陋的CPU现在一切就绪，可以开始设计CPU了！
CPU包括运算器和控制器两部分。我们首先做出运算器，然后逐步实现控制器，最后感受一下用机器语言编程的过程。本文实现的CPU虽然功能及其简陋，但是能够传达出当前真实CPU的原理。

运算器和手动控制器现在我们要做的这个CPU，字长是4位，只能做两个数的加法。实现了运算器和手动版的控制器的CPU如下图所示。我们把这个版本称为version1的CPU。

上图中，"Add"是加法器，能执行两个4位数的加法运算。"RA"和"TR"是寄存器，"GAA"和"GBA"是传输门。"4""3""2""1"用来准备需要相加的数据（0到15），"KTR""KRA""KGA""KGB"是用来控制传输门通断和寄存器脉冲的开关。
在上图所示的GIF动画中，显示了"5+1+2+4"这个过程。这个过程可以分为4个步骤：①加载一个数值（Load）；②加上一个数值（Add）；③加上一个数值（Add）；④加上一个数值（Add）。具体来说，每一个步骤要做的事情是：

指令	内容
加载一个数(Load)	准备数据(0101); KGB↓, KGA↑; KRA↓↑
加一个数(Add)	准备数据(0001); KGB↓, KGA↑; KTR↓↑; KGA↓, KGB↑; KRA↓↑
加一个数(Add)	准备数据(0002); KGB↓, KGA↑; KTR↓↑; KGA↓, KGB↑; KRA↓↑
加一个数(Add)	准备数据(0004); KGB↓, KGA↑; KTR↓↑; KGA↓, KGB↑; KRA↓↑

你可以看到，每次执行(Add)这一步，要做的事情（搬动开关）是一样的，规律性极强。这意味着可以用简化的方式控制"KTR""KRA""KGA""KGB"这几个开关的状态。经过简化的CPU就有一定的自动化控制的性质了，如下图所示。我们把这个版本的CPU称为version2的CPU。

Verison2要比刚才的verison1进化了一些。为便于理解，我们保留原来的"KTR""KRA""KGA""KGB"这四个开关（把它们挪到了右上角，因为实在没地方放了），但让它们永远保持闭合的状态。这是想说明：version2里新增的电路只是实现了更加自动化地控制"KTR""KRA""KGA""KGB"的开闭，它没有改变version1中电路的工作流程。
Version2中的"KLoad"和"KAdd"开关分别代表了"Load"和"Add"这两个指令。当"KLoad"闭合时，表示CPU要进行加载操作，这会把"4""3""2""1"上的数据存入寄存器"RA"；当"KAdd"闭合时，表示CPU要进行相加操作，这会把"4""3""2""1"上的数据与"RA"当前的数据相加，然后相加的结果又存储到"RA"。
Version2中的"K0"和"K1"两个开关会依次的开闭，即两者总有一个是断开且另一个是闭合的（若出现其它情况那就是电路设计错了）。所以实际上"K0"和"K1"可以用一个"2位循环移位寄存器"代替。（为便于理解，仍然保留"K0"和"K1"这两个开关，只不过让它们永远保持闭合的状态）
Version2中，只需重复"准备指令，准备数据，执行指令（K↓↑↓↑）"这样的操作，就能完成version1中的控制功能。这需要一个从"KLoad""KAdd""K0""K1"到"KTR""KRA""KGA""KGB"的转换电路，即version2电路图中的上半部分，如下图所示。

这需要一点点设计逻辑电路的知识，本文直接列出真值表，据此即可画出转换电路。（想知道如何推导的话，请查阅《穿》或者数字电路类书籍）

Kload	Kadd	K0	K1	KGA	KRA	KTR	KGB
1	0	1	0	1	1	0	0
0	1	1	0	1	0	1	0
0	1	0	1	0	1	0	1

其中"KLoad""KAdd""K0""K1"为输入，"KTR""KRA""KGA""KGB"为输出。只有如上三种输入情况下，输出部分会有1；其它的输入情况下，输出全部为0，所以就不需要列出来了。
举个例子，"KGA"="KLoad""~KAdd""K0""~K1" + "~KLoad""KAdd""K0""~K1"=("KLoad" ⊕"KAdd")"K0""~K1"，据此可以画出"KGA"的转换电路。
在version2中，CPU要做的就是重复"准备指令，准备数据，执行指令（K↓↑↓↑）"这件事。其中执行指令这一步是完全重复完全自动化的（只要用振荡器替换K就可以），而准备指令和准备数据还需要手工操作。每次要执行哪个指令、要准备的数据是多少，这都是没有规律的，可改进的方法就是：把指令和数据按顺序保存到一些特别的寄存器里，需要的时候取出来用。这些特别的寄存器，就是内存。

内存所谓饭前便后要洗手，一个完整的卫生间，除了有若干坑位，还得有洗手池配套。类似的，学习CPU的结构原理，也得把"内存"牵出来溜溜，否则无法说明计算机编程的本质。CPU+内存才是一个完整的计算机（核心），才能展现出CPU的功能。由此也能联系到，将鼠标键盘显示器等称为"外部"设备的道理。
最基本的内存单元能够存储和读写一个位（bit），是由一个上升沿D触发器和传输门组成，如下图所示。传输门电路我没有找到只有一位的，拿这个四位GAA的凑合看吧。

内存单元的符号如下图所示。（取自《穿》）

把8个bit单元的读写端分别连起来，就可以存储一个字节（8bit）。下图是能够存储5bit的内存单元。（取自《穿》）此图所示的结构，我们称之为"一层"。

存储4bit的一层的符号如下图所示。这时我学会了multisim12里的"层次块"这个东西，下图就是用层次块画的，这样可以将复杂的电路封装起来，省地方了，还能复用。所以说模块化的思想在硬件设计里就有了。（"用层次块替换…"和VS里的"Extract Method…"功能是何其类似！）

用一层一层的内存单元，即可构成存储器。对于有8层的存储器，需要3个bit表示需要读写的层数（23=8）。地址译码器的作用是：输入101时，输出的第5个（从0开始计数）引脚为1，其余均为0。有了地址译码器，存储器对外只需很少的地址线（例如10根）即可使用很多层（例如1024层）。这也符合了软件设计中接口尽可能简单的原则。本文所用的RAM存储器的结构如下图所示。其中左边的"3-8translator"就是译码器。

其层次块符号如下图所示。

这个RAM有三条地址线（Addr3、Addr2和Addr1），能够表示23=8个字（层），每个字的长度是4bit。这个小小的RAM刚好够存储（5+1+2+4）这个示例的指令和数据，下面就用这个RAM继续进化CPU。
这里也顺便把"3-8translator"译码器的电路实现贴出来吧，如下图所示。

9位循环移位寄存器在version2里用的"2位循环移动寄存器"只需要一个乒乓触发器（详见上一篇）就可以了，但是后面要做的全自动控制器，需要一个"9位循环移位寄存器"，且这个寄存器要在加电时自动将第一个输出管脚置为1，其余为0。具有这样的功能的寄存器如下图所示。

如上图所示，第二行有4个D↑触发器，其中最左边的那个负责第一个输出管脚，即应该在加电时就置为1的那个管脚。这是通过左下方的电路实现的，其原理大家自己琢磨吧，无非是利用反馈电路实现了只生效一次这个功能而已。"9位循环移位寄存器"的符号如下图所示，其中"D0"是第一个输出管脚。

还有一个3bit的计数器，在上一篇里已经提过计数器，这里直接上图。

其层次块表示如下图所示。

自动控制器有了内存，我们就要把指令和数据存进去。存储数据很好理解，是多少就写入多少。存指令之前，我们需要为每条指令分配一个4位的编码，比如0000表示Load，1111表示Add，然后用这个指令码控制"KLoad"和"KAdd"的开闭，所以这又是一个转换电路。有了这个转换电路，就可以只用"K"开关来完成"准备指令、准备数据、执行"这些操作了。全部自动化的CPU如下图所示。我们将这个版本的CPU称为version3的CPU。

这里的"ALU"是用层次块表示的version1里的电路，因为不这样的话，电路太大，而且不容易重点突出自动控制器的工作流程。同样的，"ShiftRegister9bit"、"Translator"、"Counter3bit"、"RAM8F4bit"都是层次块表示的电路。
"ShiftRegister9bit"会依次将输出端置为1，这可以从上方的三个数值显示器看出来。"Counter3bit"是3bit的计数器。"RAM8F4bit"是8层（每层4bit）的内存。"Translator"实现了控制信号的自动控制，"Translator"的内部实现如下图所示。

Version3所示的下半部分展示了译码电路，即把代表指令的4bit信号转换为指令信号的电路。由于我们指定Load和Add指令的代码（0000和1111）都是很规则的，所以译码电路也比较简单，如下图所示。

Version3的CPU用"9位循环移位寄存器"等器件实现了"取指令、分析指令，取数、执行"的全部自动化，其中取指令、分析指令、取数、执行分别占用了移位寄存器的t0- t2、t3、t4-t6、t7-t8这9个阶段。
注：如果用振荡器替换了"K"，这个CPU会不停地运转下去，这样就得不到我们想要的结果0xC（十进制的12）了。所以还需要添加"停机"指令。不过到这里已经说清了CPU的控制器是如何一步步实现自动化的，不再继续讲述如何添加新的指令。

最原始的机器语言编程在给出上文的自动控制器里，我们只说了从内存里取指令和数据，而没有说这些指令和数据是如何写进去的。其实写进去的过程就是（机器语言）编程的过程。最简单的，你可以用拨动开关的方式，调整好要写入的位置，再调整好要写入的数值，把指令和数据一个字一个字地写入内存。最初的计算机编程就是用类似这样的方式（打孔纸带）编程的。（这个过程实在无聊，本文就不展示了，有兴趣的话自己拿multisim玩玩就好~）
用助记符和一些宏来代替机器码，这就是汇编语言。用C语言这种方式封装了汇编语言的编程方法，就是面向过程编程。用C++C# Java这样的语言封装了面向过程的语言，就是面向对象的编程方法。用if(..){…}代替JMP指令这种东西比较容易想象，但用"封装继承多态"这种飘渺的概念代替面向过程编程就有点困难了。我在另一篇文章《用C表达面向对象语言的机制——C#版》中作了分析和总结，现在终于算是从继电器一路走到面向对象编程了。

总结本系列文章只此两篇就结束了。貌似太少算不上一个系列，不过管他呢，反正问题写清楚就行了。如果有谁想做个实用的CPU，不妨用VHDL。SystemC也是用于硬件设计的，是用C++写的一个类库。我本科的时候用过，也不错。
感谢博客园众多园友推荐的好书，写本篇之前恶补了一阵，受益匪浅！现和我读的几本书一起陈列出来，方便查找。点击推荐者即可跳转到其博客上。

书名	作者	推荐者
《穿越计算机的迷雾》	李忠	BIT祝威
《编码:隐匿在计算机软硬件背后的语言》(《编码的奥秘》)	Charles Petzold (伍卫国, 王宣政, 孙燕妮译)	armstronglaw, ClarkZhou, hywin, 天边彩云, Create Chen, Florian
《计算机系统要素——从零开始构建现代计算机》	Noam Nisan, Shimon Schocken (周维, 宋磊, 陈曦译)	吴飞
《CPU自制入门》	水头一寿, 米泽辽, 藤田裕士 (赵谦译)	平如水
《CPU芯片逻辑设计技术》	朱子玉, 李亚民	吴飞
《30天自制操作系统》	川合秀实 (周自恒, 李黎明, 曾祥江, 张文旭译)	薛遗山
《Orange'S：一个操作系统的实现》	于渊	BIT祝威

本文作为整理和总结性质的文章，不求面面俱到，只为整理思路。想从灯泡开始一点一点地了解计算机的构成的话，建议看《编码的奥秘-隐匿在计算机背后的软硬件语言》（这一本的中文翻译也不错）。

后续
了解了硬件的设计原理，又写过那么多的程序，下一步就该做个操作系统了。这次要写个真实可用的操作系统出来，不必像研究CPU一样只能弄个超简化的仿真模型玩了。再次感谢博客园众多园友推荐的好书，读了这几本书我才相信能在个把月内做出一个有图形界面的操作系统。如果再把网络协议和浏览器整进来，岂不就可以顺利畅游网络？