CPU Architecture 架构
依旧在使用的 CPU 架构
- x86_64, 大部分计算机使用
- 基于 ARM64 的 ISA（指令集架构）
- MIPS：大多数路由器使用
- 基于
S/390的大型机（现在改名为z/Architecture） - 嵌入式系统
- AVR（Arduino 设备）
- SuperH（土星、Dreamcast、卡西欧9860计算器）
805
- RISC-V
定义特征上的区别：
- 字的大小（word size）。8、16、31、32、64位
- 设计风格（design style）。RISC（指令少，操作简单），CISC（指令多，执行复杂的操作，VLIW（指令长，同时并行做很多事情）
- 存储架构（memory architecture）
- 许可成本：RISC-V是开放的，可以免费使用
- 特性集（features set）：有些特性在特定架构平台有特定的支持。比如，浮点数（x87）、加密（AES-NI）、支持本地高级字节码执行（Jazelle、AVR32B）、矢量计算（SSE、AVX、AltiVec）。
动手制作 CPU
一些有趣的 homemade CPUs 项目
逻辑电路设计工具 🔧
GitHub - logisim-evolution/logisim-evolution: Digital logic design tool and simulator
GitHub - hneemann/Digital: A digital logic designer and circuit simulator.
I/O Ports
MMIO（内存映射的输入/输出）
简单寄存器、指令
16 个 32 位的寄存器，编号 r0 到 r15:
- r0 - r7: 低位寄存器，常用位置
- r8-r15: 高位寄存器，只能用特定的指令进行操作
- r13：栈指针 sp - Stack Pointer
- r14: 链接寄存器 lr - Link Register
- r15: 程序计数器 pc - Program Counter
指令分类，每一类都包含一个相同的头部（common header）：
- ALU （算术与逻辑）运算
- load/store 指令
- 栈操作指令
- 分支指令（有条件和无条件）
总线 Buses
三态逻辑来实现的：一个信号要么是0，要么是1，要么是Z（发音为 "高阻抗"）。Z是 “较弱”的信号，即，如果你将Z信号与0或1信号相连，将输出后者。
电路设计实例
如 {direction}R{sign}{mode} {destination}, [{base}, {offset} 指令的组件：
{direction}：不是LD(load)，就是ST(store){sign}：要么不做（不扩展），要么就是S（符号扩展值，以填充32位）{mode}：要么是nothing（全字，32位）和H（半字，16位），要么是B（字节，8位）{destination}：目标寄存器，要读出/写入{base},{offset}：内存中的地址（将是两者的值之和）
ldrh r1, [r2, r3] 指令的编码示意：
opcode 是一个 3位的值，用于同时对{direction}, {sign} 和 {mode}进行编码。
电路图：
- 三个寄存器（
Rd, Rb, Ro）在各自的位置（0-2, 3-5, 6-8）从指令中被读取，并被送到相应的全局通道（RW, RA, RB）。 opcode被解码，以检查它是一个store（000，001，010）还是一个load（剩余值）。opcode被解码以找到模式的值。0代表字，1代表半字，2代表字节。opcode再次被解码以找到符号的值（仅对操作码011和111来说是真的，所以我们可以检查最后两个比特是高位）。
Instr0708隧道是这个组件的激活引脚；如果当前指令属于这个指令组，它就是高电平。
内存 Memory
CPU的语言是汇编指令，这些指令有一个固定的、定义好的编码。
内存操作的简化：{“load value from address", "store value at address"}.
内存的工作原理
全局内存需要在任何时候要求任何数量的字节，是动态的，以堆（Heap）的形式存在。
本地内存用栈（Stack）的方式增长和收缩，有 push （增长）和 pop（缩小）操作，不需要对分配的内存块做任何登记，唯一需要关注的是该堆栈的深度，也就是栈的长度。通常的做法我们在内存中的某个地方设置为栈的起点，并在某个地方（例如，在一个寄存器中）保留一个全局变量，该变量包含栈最顶层的项（topmost item）在内存中的位置：栈指针（在ARM上为sp，或其全名为r13）。
栈的增长方向。
::寻址模式和内存对齐::
如果你想访问栈上的内存，你通常会访问栈顶部的东西（例如你的局部变量），所以你不必给出完整的内存地址（大），而只需要给出相对于栈指针的数据距离（小）。::这就是sp-relative寻址模式::，看起来像ldr r1, [sp, #8]。
假设你大多会存储4字节或更大的东西，所以我们会说栈是字对齐（word-aligned）的：所有东西都会被移动，以便地址是4的倍数。
函数调用 Function Call
在汇编中，调用函数的最简单方法是通过使用jump
如何解决跳过去，如何回来的问题：
使用一个全局变量（即寄存器）来存储调用者的地址，并有一个特殊的跳转指令，将寄存器设置到当前位置（链接），这样我们就可以在以后回到它（分支）。在ARM上，这就是bl（branch-link）系列指令，该寄存器被称为链接寄存器（缩写为lr，昵称为r14）
- 对嵌套调用不起作用! 从另一个被调用的函数里面调用一个函数，值会被覆盖。
- 当进入一个函数时，在栈中为局部变量分配空间，但也为必须保留的寄存器分配空间，当退出时，原始值从栈中放回到寄存器中。
设备 Devices
向地址0xFFFFFF00写一个字节将在终端显示器上显示一个字符。
从地址0xFFFFFF18中读取一个字节，就可以知道键盘缓冲区是否为空。