重生之超级医尊 在我的世界打造一台计算机有多难？复旦大神花了一年

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文/栗子 晓查

来源：量子位（ID:QbitAI）

一块小小的CPU里有多少个晶体管？几十亿个。

单枪匹马造出一个CPU乃至完整的电脑需要多长时间？有位大牛在《我的世界》游戏里用实际行动回答了这个问题：可能要花费一年多。

这篇造计算机的教程一经转载就在知乎上火了。

这并不是一篇游戏攻略，而是来自复旦大学的季文瀚，写的一篇课程论文。他在大二时就有了大胆的设想，经过一年的精心营造，建起了一个计算机雏形，取名Alpha21016。

虽然它不能与现实中的计算机相比，只能实现一些简单的功能，但这台计算机体积惊人，光看它复杂的结构就已经能感受工程量的巨大。

有网友感叹，发课程论文可惜了，简直可以发学术论文啊。

这台计算机能做什么

季文瀚计算机使用的是哈佛结构，而非更常见的冯·诺依曼结构。程序储存器和数据储存器分开放置。程序储存器1kb，数据储存器0.5kb。

它可以实现各种函数运算：加减乘除、三角函数还有矩阵运算。它包含一个16bit的CPU和一个32bit的浮点运算单元 (FPU) 。

从硬件上看，它是个超大规模集成电路，逻辑门总数大概在5万-10万门之间。光是存储器堆叠起来就有8层。

要造出这样一台计算机，数字电路、微机原理、汇编语言、编译原理都不能少。想想你挂过哪几门课，从学会到熟练运用就更难了。

有了专业知识的支持，就能将计算机拆解成基本的部件。

我们都知道计算机的基础是数字电路，数字电路的基础是“门”，季文瀚用游戏里基本的“红石电路”搭建出了逻辑门。

从逻辑门出发，再搭建出组合电路、时序电路、触发器，有了这些就能组成CPU的一些基本单元，最终造出整个计算机。

现实世界中，晶体管是数字电路的基础；在《我的世界》中，红石电路是构成复杂电路的基本单元。

红石电路玩家，只用火把和方块，就能造出基本的逻辑门：或门和非门。或门和非门的组合可以造出与门、异或门等任意逻辑门。

但仅仅知道怎么制造逻辑门离造出计算机还很远，可能大致相当于造出汉字笔画到写出《红楼梦》的距离。

季文瀚先给自己的CPU架构画了一个草图：

其中每一个方框都代表一个或若干个硬件单元，小一点的大约一两百个门电路，大的有几千个门电路。这个密密麻麻的部分，也只是架构的右半部分而已：

知道了CPU的基本架构，再按照架构图分别造出每个部分，比如CPU的重要模块“算数逻辑单元”（ALU）和“指令寄存器”（IR），工程量很大。

算数逻辑单元还能进一步拆解，它的加法器由数个全加器组成，上面基本的逻辑门可以组成加法器中最基本的全加器 (下图) 。

全加器也是计算机的一个核心部件。

同时，《我的世界》还提供的基于活塞机械的断路，用信号控制电路的通断，也就是继电器。利用继电器和逻辑门的组合可以造出存储器。

计算器→单片机→计算机

大概是因为太复杂，季文瀚一开始也没想直接搭个计算机。

最初，他的目标是造出一台16 bit的简单计算器。

但做到一半，他就觉得可以实现更复杂的东西，于是想改成单片机：这是具有“图灵完备性”，可以执行一切计算机程序的简单计算机。

他规划了指令集架构，储存器架构，以及指令发射方式等等。