Nand2Tetris: The Elements of Computing Systems

课程简介

• 来源：希伯来大学（Noam Nisan、Shimon Schocken）
• 先修要求：无，零基础友好
• 编程语言：HDL（硬件描述语言）、Jack（类 Java）、汇编
• 课程难度：🌟🌟🌟
• 预计学时：80 小时 +

Nand2Tetris 是一门传奇课程：从与非门（NAND gate）开始，一步步构建出一个完整的计算机系统，最终在它上面运行一个俄罗斯方块游戏。

这门课的理念是：计算机系统中没有"魔法"。从最底层的逻辑门到最高层的操作系统和编译器，每一层都可以从上一层的抽象中构建出来。当你亲手完成这个过程，你会对计算机系统有从内到外的理解。

课程资源

• 课程网站：nand2tetris.org
• 课程视频：Coursera Part 1 | Coursera Part 2
• 教材：《The Elements of Computing Systems》（免费 PDF 可下载）
• 软件工具：下载页面（HDL 模拟器、汇编器、虚拟机模拟器等）

课程结构

Part 1：从硬件到计算机（第 1-5 章）

1. 布尔逻辑：用与非门构建基本逻辑门（AND、OR、NOT、XOR、MUX、DMUX）
2. 布尔运算：构建 ALU（算术逻辑单元）
3. 时序逻辑：构建寄存器和内存（RAM）
4. 机器语言：设计指令集架构
5. 计算机架构：将所有组件组合成一台完整的计算机（Hack 计算机）

Part 2：从汇编到编译器（第 6-11 章）

1. 汇编器：将汇编语言翻译为机器码
2. 虚拟机 I：栈式虚拟机的实现
3. 虚拟机 II：程序控制流
4. 高级语言：Jack 语言（类似 Java）
5. 编译器 I：语法分析
6. 编译器 II：代码生成
7. 操作系统：标准库（Math、String、Array、Output、Screen、Keyboard、Memory、Sys）

自学建议

不要跳过任何一章。 每一章都是下一章的基础。跳过了逻辑门，就无法理解 ALU；跳过了 ALU，就无法理解 CPU。

动手做项目。 课程的核心是 12 个项目——从设计一个与非门到实现一个俄罗斯方块游戏。每个项目都需要你亲自动手，不能用现成工具替代。

配合 CS:APP 使用。 Nand2Tetris 侧重"从下到上"的视角，CS:APP 侧重"从上到下"的视角。两者互补，能给你完整的计算机系统理解。

备注

Nand2Tetris 是理解计算机系统的最佳入门课程。它不能替代专业课（体系结构、操作系统、编译原理），但能给你一个完整的全栈视角，让你理解计算机系统中每一层是如何构建的。

很多人认为这是他们上过的最好的 CS 课程。完成它之后，你会对计算机有全新的认识。