计科幼幼班
今天的分享可以（粗浅）解答以下几个问题：
- 如何制作一台计算机
- 苹果的 Rosetta 是怎么把 x86 的程序运行在 arm 上的
- Steam Deck 是怎么把 Windows 的游戏运行在 Linux 上的
如何制作一台计算机
逻辑门是什么？
是数字逻辑电路中的基本单元，可以用真值表定义一个逻辑门，以 NAND(Not AND)逻辑门为例：
| Input A | Input B | Output |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Q：它有什么用？
A：我们只用它就可以制作出计算机
先来制作 NAND 本身，下面是用于制作 NAND 的原材料：
三个圆是元器件的引脚，上面的引脚是输出，下面是控制（c）和输入（in）。
控制端的原理很简单，就是电磁铁，c 通电，则 relay 的舌片被磁铁吸住，控制 relay 开或关。
in 是电源，始终有电，我们把有电的状态叫做 1，没电叫做 0
relay(default on):
- c 没电，则电路接通，输出 1
- c 有电，则电路断开，输出 0
relay(default off):
- c 没电，则电路断开，输出 0
- c 有电，则电路接通，输出 1
实践时间，不提供解法。跟着 nandgame 一路把第一部份所有逻辑门写完。
到这里对数字电路应该有了初步的认识，但这个课程后面还有很多东西，有条件的话我们后面再分享：
- ALU（算术逻辑单元）
- 如何实现存储（bit, byte, 寄存器，内存）
- 机器语言与汇编语言，汇编器
- 高级编程语言，编译器
- 操作系统
- 应用程序
苹果的 Rosetta 是怎么把 x86 的程序运行在 arm 上的
https://support.apple.com/zh-tw/HT211861
Rosetta 2 可讓配備 Apple 晶片的 Mac 使用專為配備 Intel 處理器的 Mac 所開發的 App。
比如我们制作了一个 CPU，它支持一系列指令（只是举例哈）：
- 写入寄存器a
- 读取寄存器a
- 写入寄存器b
- 读取寄存器b
- 将第一个、第二个数相加，结果写入寄存器a
指令集就是规定了这样一系列指令，如果某个 CPU 实现了这些指令，就可以说它支持某个指令集。
然后我们写了一段代码1x3+2=?，并以这个 CPU 为目标，编译出来的二进制形如：
- 将 1 写入寄存器a
- 将 1 写入寄存器b
- 相加
- 将 1 写入寄存器b
- 相加
- 将 2 写入寄存器b
- 相加
- 读取寄存器a
这个二进制在我们的 CPU 上执行完，寄存器a中的数字就是代码的执行结果。但是如果我们拿为另一个 CPU 编译的二进制，在我们的 CPU 上执行：
- 将 1 写入寄存器a
- 将 3 写入寄存器b
- 相乘 <<<<
- 将 3 写入寄存器b
- 相加
- 读取寄存器a
执行就会失败，原因是我们的 CPU 并不支持 相乘 这个指令。简单来说，X86 和 ARM 就是这样两个互不相容的指令集，所以为 X86 编译的二进制不能运行在 ARM 上。
那 Rosseta 是怎么做到的呢？还是以上面的相乘操作举例，我们可以把 1x3 改成 1+1+1，将不支持的 x 改成 + 来实现，这样就能在我们的 CPU 中运行为其他 CPU 编译的二进制了。
Steam Deck 是怎么把 Windows 的游戏运行在 Linux 上的
Steam Deck 的 CPU 是 X86 的，Windows 上的游戏（大多）也是为 X86 编译的。既然它们的 CPU 都是相同的指令集，为什么二进制不能共用呢？
因为 Steam Deck 运行的 Steam OS 是 Linux 的，所以问题其实是，应用程序为什么不能跑在不同的操作系统上。
这里牵扯到两个概念：
- 可执行文件格式，比如
- 操作系统 API，比如
- POSIX
- Windows APIs
- Java 虚拟机提供给字节码的 API 也算是一种 System API
首先可执行文件格式是啥？exe？但 exe 在 linux 中是运行不了的。
举个可能不太恰当的例子，我们编写了一个图片查看器，支持 jpg 格式。这时如果要求它打开一个 png 图片，它就会说“未知文件格式，无法打开”。
是我们的屏幕无法显示 png 中保存的图片么？不是的，是我们的图片查看器不知道如何提取出 png 中的图片信息，它不认识 png 这种图片格式。
在这个例子中：
- 图片查看器 -> Window
- jpg -> exe(PE)
- png -> ELF
Window 认识 exe（PE） 这种可执行文件格式，可以解读并且让 CPU 执行其中的指令。
但不认识 ELF 这种可执行文件格式，所以无法解读出其中的指令。所以不是 CPU 不能执行指令，而是操作系统不知道怎么提取出指令，进而交给 CPU 执行。
PE 可执行文件格式：
所以 wine 是怎么在 linux 中执行 exe 的呢？既然操作系统不认识 exe，wine 自己去解析就行了嘛。然后把解析出的结果交给 linux 去执行就可以了。
但实际上还是不行，原因是不同的操作系统提供的“操作系统 API”不一样。比如 Windows API 中包含 GUI 相关的 API，创建窗口之类的，但 POSIX 中没有。
假设有这样一个 OS A，他的窗口必须“有，且只有一个标题”，当二进制想要创建一个自己的窗口，可以调用这个 OS 提供的一个 API：
// 创建一个标题为 Hello world 的窗口
create_window("Hello world")
但还有另一个 OS B，它规定窗口必须有主标题和副标题，它提供的创建窗口 API 可能就是这样：
// 创建一个标题为 Hello World，副标题为 subtitle 的窗口
create_window("Hello world", "subtitle")
如果我们尝试在 OS B 上执行为 OS A 编写的应用程序，当调用到 create_window 这个操作系统 API 时，就会出错，因为少传了副标题。
所以 wine 还得为 window 的应用程序提供兼容的操作系统 API，当应用程序调用到某个 Windows API 的时候，转为帮它调用对应的 linux 下的 API。
这样一来，对应用程序来说就像是在 Windows 中运行一样。
注意：文中的例子都是超级简化版本，只为了方便理解不保证正确全面，不要当真
