视频：
如果本次课程对应的 Coursera 的视频打不开，可以点击下面链接
P1W5U5.4 - The Hack Computer

整个Part1课程到此，基本上就是硬件的大组装前（做作业前）的最后的讲解了。
老师在本节将把整个小电脑里的三个重要（CPU、RAM、ROM）部分再从整体的功能角度说明了一下。
本节涉及三部分分别做什么？我们如何制作它们（基本就是结合硬件接口回顾复习）。

本节重点1、2、3

第一部分：CPU

前一节U5.3 中央处理器已经用了一节课对其本身详细讲解过了

这里从CPU的输入输出接口说起，如下图：

CPU接口示意

CPU 不同 instruction 的情况分析

instruction //指令分3种情况

1、涉及 D 寄存器的 instruction ：D = D - A

D寄存器 和 A寄存器 都在CPU里。
操作的时候直接取，不多说。

2、涉及 A 寄存器的 instruction ：@A

那么就把 这个16位的A指令里的左边15位存在 A寄存器。（最右边1位用来区分A指令 和 C指令）

3、涉及 M 寄存器的 instruction ：M = M+1

这种涉及M寄存器的指令，这里M在 “=” 的左右，涉及的接口是不一样的。

如果M在 “ = ” 右侧，表示需要读M寄存器，要考虑 CPU 另一个输入接口

inM

如果M在 “ = ” 左侧，表示要把指令的运算结果存回M寄存器，要考虑的CPU 另3个输出接口

outM      //写什么数据
writeM     //要不要写    PS：不写也可以丢弃
addressM     //写回哪个M寄存器

M寄存器 实际上指的是memory（RAM）里的某一个寄存器。
哪一个呢？所以需要一个@A的指令来利用它的第二个副作用来指定。

回顾 U4.3
例如：@21

1.把 A寄存器 设置成 21
2.同时有一个副作用的效果， RAM的21号寄存器，通过addressM？就被对应到 M寄存器上了。假如下一步指令里有对M寄存器的读写，就是对RAM[21]号寄存器的读写。

例如：要把RAM[100]设置成-1的两条汇编指令就如下：

@100
M = -1

复习D、A、M寄存器，回顾第4周的课程

4、涉及跳转的 instruction

老师通过 跳转指令，来讲几个操作，和对应的硬件接口

先回顾一下

reset

reset = 0 时，程序正常运行，也就是PC指向的指令执行完了，（自动PC+1）然后顺序执行下一条指令。
reset = 1时，那么PC直接设置成0，就回到第一条指令重头开始执行。

回到一般正常情况，当reset = 0时（没人去捅电脑重启键时）

来看下图 D = D-1；JEQ 这条命令

回顾 U4.3
jump 有8种比较跳转情况。把 D-1 的结果 和 0 比。

JGT：comp大于0跳？
JEQ：comp等于0跳？
JGE：comp大于等于0跳？
JLT：comp小于0跳？
JNE： comp不等于0跳？
JLE：comp小于等于0跳？
JMP：无条件跳？

以上满足条件的 都跳到 M[A]。

如果 D-1 等于 0 那么就跳转到 A寄存器里存的地址指定的 M。
如下图也就是M[100]

回顾reset、PC、jump指令

这些指令的规则都是由CPU硬件架构决定的。

接下来来说存储。

第二部分：Data Memory

（RAM = RAM16 + RAM8 + Register）

如下图
数据区 RAM（16k个“16位寄存器”）回顾U3.3，实现就是第三周作业RAM16
屏幕映射区（8k个“16位寄存器”）回顾U4.5，实现就是第三周作业RAM8
键盘映射区（1个“16位寄存器”）回顾U4.5，实现就是第三周作业16-bit Register

临时存储的数据区、屏幕映射区、键盘映射区

1、数据区

通过 address 选择一个 “寄存器”，再通过 in 或者 out 来存取16位二进制数据。

需要注意就是 怎么 把“外层”Memory（RAM）的in、address、out 和 “内层”的 RAM16的in、address、out结合。

2、屏幕映射区

关于屏幕映射的原理，有点复杂。。。回顾U4.5

这里对于硬件设计来说，其实就是对RAM8的操作，课程并没有真正做一个屏幕出来，而是软件模拟的一个显示屏，实时扫描RAM8，然后把RAM8里存的每一位对应到屏幕上的每一个像素。

映射方式。假如屏幕也拿硬件实现，该如何做呢？ 屏幕映射区 8K，会被模拟出来的显示器不断扫描，对应显示

3、键盘映射区

就是一个 16位寄存器

它和显示映射区一样，也有一种映射关系。
通过Scan-code来把按键 和 0101xxxx对应起来。

Scan-code 老师设计的，回顾U4.5。有表格参考。

例如下图 上↑箭头键 对应Scan-code码就是 131，二进制就是图中左边16位。

电脑会一直扫描这一寄存器，无按键寄存器值为0，有按键就寄存器里就是对应的二进制码。

另外放到整个Data memory 里，键盘寄存器地址在 24576。

映射关系：Scan-code。假如键盘也用硬件实现，又改如何实现呢？

最后，三块RAM16、RAM8、1Register 的地址怎么搞到一起呢，留在作业里解决吧

回顾U4.8
之前U4.6也提到了，有两个“别名”，方便使用：
SCREEN = 16384
KBD = 24576
回顾U3.3
单个RAM寻址操作

三、Program memory

（ROM32）

关于程序存储器ROM，老师先讨论了如何将我们写的代码烧写到ROM芯片里，其次探讨了怎么实现ROM。（其实两件事都没做。。。）

现实里，我们的确需要一些额外的软硬件来帮助烧写程序到ROM里。然后把含有不同程序的ROM插到HACK小电脑上，就可以了。但我们的HACK小电脑就是虚拟存在的。。。所以这条路就不考虑了。

这里我们还是用老师提供的 CPU硬件模拟器，简单的打开程序，就自动帮咱们模拟完成这 “烧写” 和 “插入” HACK系统的物理步骤。

老师介绍的这种存“程序”的memory，一般一次烧录完程序就不能改了，所以Program memory是ROM存储器。
有点像小时候玩的插卡游戏机，插上不同的卡（ROM）就可以运行不同的游戏（程序已经提前烧写在ROM里）。

这里有个CPU硬件模拟器（老师提前做好的一个CPU模拟器）里加载汇编程序的演示视频 ，从16：50 到22：40

但是我们如何设计这个ROM呢

它和RAM很像，就是没有input，因为只读不写。
还记得CPU上的PC永远指向 下一条指令，所以图中address其实就是对应CPU的一个输出pc，ROM的out应该就是对应CPU的一个输入instruction（本文第一张图）。

ROM32K，作业里貌似没有这个

最后

CPU
data memory
program memory
屏幕
键盘

都过了一遍。具体内容也都在前面课程见过了。

下一节课U5.5 将提供一些做CPU作业时的一些建议和提示。

最最后，跟着老师再惊叹一下它的“大道至简”。由简单的一个逻辑单元Nand便可以组成的如此复杂系统。

爱默生 Emerson 1803-1882