Архитектура компьютера

Если предыдущий раздел дал нам понимание базовых логических элементов и общих принципов культуры кода, то здесь мы переходим к прямому конструированию главной вычислительной машины — центрального процессора. Архитектура компьютера перестает быть абстрактной схемой из учебника, когда вы собираете ее своими руками и наблюдаете, как электрические сигналы превращаются в исполнение инструкций.

Главная особенность этого раздела — сочетание фундаментальной теории с практической реализацией процессора архитектуры RISC-V (RV32I). В процессе изучения мы разбираемся с тем, как устроена память, регистры, и строим рабочий однотактовый процессор, способный выполнять реальный машинный код.

В этом разделе раскрываются ключевые темы:

• Практическая реализация RISC-V: проектирование тракта данных (datapath), арифметико-логического устройства (ALU), декодера инструкций, работы с системными регистрами (Zicsr) и расширением базового набора инструкций (M-extension).
• Исполнение кода «в железе»: запуск бинарных файлов и ассемблерных программ на собранной схеме, отслеживание смены состояний регистров, флагов и шины данных в реальном времени.
• Иерархия и устройство памяти: как процессор взаимодействует с оперативной памятью, почему структура кэша критически важна для производительности и что происходит на самом низком уровне при чтении и записи данных.
• Цифровая схемотехника: переход от концептуальных блоков к физической логике — системным тактам, синхронизации, управляющим сигналам и шинам.

Пройдя этот раздел и реализовав собственную модель процессора, мы получим понимание того, что происходит «под капотом» любой операционной системы и компилятора.

p.s. разделе есть подарок 🎁 — реализация процессора RISC-V в виде логической схемы. Я считаю это подарком по причине отсутствия доступной "пережёванной" информации.