一个从底层硬件模拟的简单计算机。从设计总线、寄存器、ALU、移位器、存储器到设计指令集、微指令控制器，实现了常用的十四条汇编指令，原型机的逻辑结构采用内外总线型，非常容易借此理解计算机组成原理。
- 指令集
| 指令 | 说明 |
|---|---|
| MOV | 支持寄存器（值、内存地址）到寄存器（内存地址） |
| ADD | 算数加法 |
| AND | 逻辑与 |
| OR | 逻辑或 |
| NOT | 逻辑非 |
| XOR | 逻辑异或 |
| ZERO | 判断参数是否为0，设置PSW寄存器 |
| CMP | 比较两个参数，设置PSW寄存器 |
| JMP | 无条件跳转，后接内存地址 |
| JMPZ | 当PSW寄存器设置了ZERO位时跳转 |
| JMPN | 当PSW寄存器设置了NAGITIVE位时跳转 |
| JMPP | 当PSW寄存器设置了POSITIVE位时跳转 |
| LSFT | 逻辑左移 |
| RSFT | 逻辑右移 |
| NOP | 空指令 |
- 指令执行逻辑
初始化时PC寄存器值为0，此时从Memory内存的地址0处取得第一条指令，执行指令流程如下：
- 从PC寄存器存的内存地址处取得下一条指令，并放到IP寄存器中，然后PC自增1指向下一条地址。
- 微指令生成器从IP寄存器中取得指令，并生成相应的微指令，这里微指令生成器更像是采用逻辑电路生成而不是微程序。
- 将操作数1传到选择器A中，零操作数指令忽略该过程。
- 将操作数2传到选择器B中，零操作数和单操作数指令忽略该过程。
- 计算PSW的值，并传递到PSW寄存器。
- 计算指令的结果并传送到暂存器C。
-
极易扩展成任何类型的机器
在src/kernel/base目录下边我详细构建了bus、register、mutil_register、selector、shiftor等类，同时在上层目录还有cpu、memory等类，在options.h中定义数据宽度、指令宽度、指令位说明等，因此可以通过简单等配置重构建实现任意种类型和结构的简单机器，在后文的细节部分会详细讨论这些内容。 -
交互式运行
类似于调试过程的交互式运行，可以单步执行指令。通过控制指令可以调试输出寄存器参数、CPU参数、内存地址值等。 -
提供简单的编译程序
asm工具将汇编指令转换成二进制机器码，以便于加载到内存中运行。源文件在tool/asm.cpp中，执行./asm code.src code.des汇编code.src文件中的汇编指令到code.des中。 -
交互式终端指令说明
执行bin/computer可执行文件之后，进入VirtualComputer的交互式终端，之后可以在这个终端下加载编译后的二进制机器码到内存中，可以单步执行指令，可以调试输出信息等，简单演示如下：
交互终端支持指令如下：
| 指令 | 参数 | 说明 |
|---|---|---|
| load | file-path | 加载二进制机器码，使用tool下的asm工具汇编出来 |
| debug | options | 调试指令，options可以是单个寄存器名，也可以是Register输出全部寄存器，也可以是CPU信息 |
| exit | 退出 |
git clone git@github.com:hexueyuan/virtualComputer.gitcd VirtualComputer
mkdir build
cd build
cmake ..
makecd VirtualComputer
mkdir build
cd build
cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=release
make在bin目录下生成asm-tool汇编工具和virtualComputer交互式终端程序。
- 组件类的说明文档
- 单元测试
- 考虑扩展性
基础类在命名空间base下定义，逻辑类在命名空间computer下定义。
- 逻辑操作相关库kernel/base/bits.h 说明文档
- 总线类kernel/base/bus.h 说明文档
- 单I/O端口寄存器类kernel/base/register.h 说明文档
- 双I/O端口寄存器类kernel/base/mutil_register.h 说明文档
- 八端口选择器类kernel/base/selector.h 说明文档
- 运算器ALU类kernel/base/alu.h 说明文档
- 移位器类kernel/base/shiftor.h 说明文档
- Memory存储器类kernel/memory.h 说明文档
- 中央处理器cpu类kernel/cpu.h 说明文档
- 微指令生成器类kernel/instruction_generator.h 说明文档
非常欢迎有兴趣的朋友可以一起来完善这个项目，我的预期是在这个基础之上完成一个前端的游戏，类似于Appstore上的Human Resource Machine。我一个人开发进度应该不会很快，所以非常欢迎有人加入一起开发！