计算机体系结构基础与设计实战

您将会学到：浮点数、浮点运算单元、库、链接、汇编、模拟器、编译器

要求：设计一个CPU 1,2,3课程

欢迎来到设计CPU第4课

你准备好在你的CPU设计之旅中迈出下一步了吗？在设计CPU第4课中，我们将超越基础知识，深入高级概念，让你的定制处理器更接近完整的计算机系统。

本课程建立在设计CPU系列前序课程的知识基础之上，如果你已完成设计CPU第1、2、3课，便掌握了整数运算、基础汇编语言与核心CPU结构。现在，我们将进一步开发现代CPU必备的实用功能。

通过本课程学习，你不仅能掌握CPU处理浮点数与高效组织代码的核心逻辑，还能为自主开发操作系统筑牢坚实基础。

本课程中你将学习到什么

在《Design a CPU 4》课程中，我们聚焦四大核心里程碑，让你的CPU设计落地成型：

1. 集成浮点运算单元（FPU）

我们将为你的CPU拓展浮点运算能力，科学计算、图形处理等主流实际应用均高度依赖浮点运算，完成本阶段学习后，你的CPU将具备这项核心能力。

你将学习：浮点数的二进制表示方法；如何将硬件级浮点运算单元（FPU）集成到现有CPU设计中；浮点加减乘除及平方根运算的实现逻辑；现代CPU的速度与精度优化方案。这是让你的CPU适配实际工作负载的关键一步。

2. 使用新指令编写汇编代码

浮点运算能力的搭载，对应一套全新的强大汇编指令集。我们将带你掌握：编写适配FPU新指令的高效汇编代码；优化程序提升运行速度与代码可读性；借助模拟器完成浮点运算的调试与测试。

完成本章节学习后，你将能够独立在自定义CPU上编写整数与浮点程序。

3. 将子程序组织成库

随着程序规模扩大，代码组织至关重要。本课程将带你掌握计算机组织最佳实践，打造可复用库：将常用子程序打包为独立库；编译与汇编代码时完成库链接；搭建专属CPU操作系统的早期框架。

该模式贴合专业软件开发标准，助力你构建可扩展、易维护的代码库，即便在底层硬件开发场景中也能高效应用。

4. 使用模拟器运行、测试和调试

理论结合实践才是学习的核心，我们将使用RTM-16模拟器完成实操：加载并运行自定义程序；实测FPU新指令的实际效果；逐步调试代码问题；解析CPU微代码层的指令执行原理。

模拟器让学习过程更具互动性与直观性，帮你清晰可视化CPU内部运行逻辑。

本课程适合以下人群

本课程适合：已完成Design a CPU 1、2、3课程并希望持续进阶的学习者；渴望深入理解计算机运行原理的爱好者；热衷动手实践、通过构建项目学习的技术爱好者；想要提升计算机体系结构、汇编语言、底层编程技能的人群；计划从事计算机工程、嵌入式系统、CPU/FPU设计等领域工作的从业者。

如果你想从零开始亲手构建计算机，这门课程将一步步带你实现目标。

为什么这门课程与众不同

区别于传统概念讲解类课程，Design a CPU 4主打全实操教学：你不是被动观看幻灯片与图表，而是亲手搭建开发；不是编写通用汇编代码，而是打造适配自有CPU的程序；不是单纯学习浮点数理论，而是自主设计FPU并落地应用。

课程结束后，你不仅理解CPU工作原理，更能独立完成CPU的设计、编程与全流程测试。

前提条件

为最大化学习效果，你需要满足：已完成《Design a CPU 1,2,3》课程学习；熟悉基础汇编编程；掌握二进制、十六进制与逻辑电路基础知识。

如果你是CPU设计新手，建议先学习前序课程，为本次学习打好基础。

你的下一步：设计CPU 5

本课程结束后，我们将预告Design a CPU 5的核心内容，课程将进阶到更高抽象层级：从零构建编译器；设计专属高级编程语言；开发程序，自动将代码转换为自定义CPU的汇编语言。本课程所学知识，将为下一阶段学习筑牢根基。

课程结束时你将实现的目标

完成本课程学习，你将掌握：浮点数的硬件处理逻辑；浮点运算单元与CPU设计的集成方法；基于扩展指令集编写汇编程序；创建与管理可复用代码库；搭建自有操作系统基础；通过模拟器完成工作的测试、调试与优化。

这些技能正是专业计算机架构师、嵌入式工程师、系统程序员的核心必备能力。

让我们开始吧

你的CPU设计之旅即将迎来全新突破，你已完成基础搭建，现在是时候拓展设计、编写强大代码、迈出创建自有操作系统的第一步。立即注册，开启CPU设计的下一阶段！

此课程面向所有希望了解计算机如何运作的人。