Nand2Tetris教程：2.1 Nand2Tetris的环境配置及软件介绍

Author： Ivan Hanloth
发布时间：December 13, 2024
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4720 words
Categories： Nand2tetris 教程

## Nand2Tetris配置

官方使用指导见：https://www.nand2tetris.org/software

Nand2Tetris提供了两种使用方式：

- 在线IDE：访问[NAND2Tetris](https://nand2tetris.github.io/web-ide/chip/)即可直接在线使用（官方推荐使用）
  - 优点：
    - 提供代码高亮
    - 无需复杂的环境配置
  - 缺点：
    - 储存在浏览器缓存中，内容可能丢失
- 本地版本：参考下方步骤配置（作者推荐使用，本教程主要介绍此方式）
  - 优点：
    - 可以自行封装CHIP
    - 文件独立存储
  - 缺点
    - 环境配置较为复杂
    - 无代码高亮

## 本地部署

官方教程：https://drive.google.com/open?id=1IkIR8Pwq3PY49QgXpUJOkUUVht-TKIET&usp=drive_fs

### Windows部署

首先从[nand2tetris.zip - Google 云端硬盘](https://drive.google.com/file/d/1xZzcMIUETv3u3sdpM_oTJSTetpVee3KZ/view)下载Nand2Tetris的压缩包（或者从[此处](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/3602405626.zip)获取副本）

下载完成后，将文件解压至一个空文件夹中，可获得如下的目录结构：

![Snipaste_2024-12-13_11-29-05.png](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/3806048262.png)

此时，打开tools文件夹，双击运行HardwareSimulator.bat

![Snipaste_2024-12-13_11-31-03.png](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/543815573.png)

如果显示如下图，则配置完成

![Snipaste_2024-12-13_11-31-59.png](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/1341109952.png)

如果提示“windows找不到文件'javaw'。请确定文件名是否正确后，再试一次。”，则需要单独安装java环境，可从[Download Java for Windows](https://www.java.com/en/download/)此处下载最新版的java安装程序并安装即可（也可从其他国内镜像站下载jre安装程序）

![Snipaste_2024-12-13_11-35-46.png](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/3530976357.png)

### MacOS部署

官方教程：https://drive.google.com/file/d/1QDYIvriWBS_ARntfmZ5E856OEPpE4j1F/view?usp=drive_open

首先打开终端，输入 `java -version`

如果出现类似 `java version "1.8.0_31"`的提示，则说明已经安装了java环境，无需重新配置

如果没有出现提示，并弹出窗口，则说明没有安装java环境，点击按钮后可以前往网页下载并安装java环境

完成java环境的安装后，从[nand2tetris.zip - Google 云端硬盘](https://drive.google.com/file/d/1xZzcMIUETv3u3sdpM_oTJSTetpVee3KZ/view)下载Nand2Tetris的压缩包（或者从[此处](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/3602405626.zip)获取副本）并双击解压。

将解压完成的内容剪切粘贴至桌面名为nand2tetris的文件夹中，在终端中执行以下指令：

```bash
~/Desktop/nand2tetris/tools/HardwareSimulator.sh
```

可以启动硬件模拟器（HardwareSimulator），此后每次启动都需要使用上方的指令

其中，最后的部分可以替换为下面的值

| 中文名     | 英文名            | 替换值                 |
| ------------ | ------------------- | ------------------------ |
| 硬件仿真器 | HardwareSimulator | `HardwareSimulator.sh` |
| CPU仿真器  | CPU Emulator      | `CPUEmulator.sh`       |
| 汇编器     | Assembler         | `Assembler.sh`         |
| VM仿真器   | VM Emulator       | `VMEmulator.sh`        |
| Jack编译器 | Jack Compiler     | `JackCompiler.sh`      |

如果提示 `Permission Dednied`，请先使用以下指令再执行上方的指令

```bash
chmod u+x ~/Desktop/nand2tetris/tools/HardwareSimulator.sh
```

至此，Nand2Tetris本地部署已经完成

#### 可选配置

如果觉得启动比较麻烦，可以考虑将文件夹添加至环境变量，执行下方的指令：

```bash
echo "export PATH=$PATH:~/Desktop/nand2tetris/tools" >> ~/.bash_profile ;
source ~/.bash_profile
```

如果使用的是MacOS Catalina或者更新的版本，应该使用下方的指令：

```bash
echo "export PATH=$PATH:~/Desktop/nand2tetris/tools" >> ~/.zshrc ; source ~/.
zshrc
```

这样，就可以简单的启动软件了：

```bash
HardwareSimulator.sh
```

## 编辑器

Nand2Tetris并没有提供直接的本地编辑器，所有代码文件可以使用记事本（Notepad）、Notepad++、VSCode等文本编辑器打开

但是只有在线版编辑器支持代码高亮、代码补全等功能，因此对于本地部署的环境而言，没有区别

## 目录结构解释

![Snipaste_2024-12-13_12-03-43.png](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/3784271083.png)

nand2tetris默认目录结构如上图所示，

- projects目录为所有nand2tetris提供的项目代码所在的文件夹
- tools目录为所有模拟器所在位置及其依赖

- bin目录由一些java类文件和依赖文件构成
  - builtInChips和builtInVMCode目录包括一些内置的chip文件和vmcode文件
  - OS目录包含了一个已经编译完成的jack操作系统
  - .bat和.sh文件是主要的软件执行脚本，解释如下：

| 中文名     | 英文名            | 文件名                                          |
  | ------------ | ------------------- | ------------------------------------------------- |
  | 硬件仿真器 | HardwareSimulator | `HardwareSimulator.bat`及`HardwareSimulator.sh` |
  | CPU仿真器  | CPU Emulator      | `CPUEmulator.sh`及`CPUEmulator.sh`              |
  | 汇编器     | Assembler         | `Assembler.sh`及`Assembler.sh`                  |
  | VM仿真器   | VM Emulator       | `VMEmulator.sh`及`VMEmulator.sh`                |
  | Jack编译器 | Jack Compiler     | `JackCompiler.sh`及`JackCompiler.sh`            |

其中，`.bat`文件是Windows系统下使用的，`.sh`文件是MacOS系统下使用的

## 软件介绍

**硬件仿真器（HardwareSimulator）**：用于创建芯片。功能内置HDL编辑器和所有必要的服务，模拟和测试芯片。相关项目: 1、2、3、5。

**CPU仿真器（CPU Emulator）**：模拟Hack计算机（CPU， RAM， ROM，屏幕，键盘）。允许用存储在文件中的机器语言代码加载计算机，或将机器语言代码直接输入指令存储器。内置汇编器，如果加载/输入的代码是用Hack汇编语言编写的，则自动调用该汇编器。相关项目：4、7、8、9。

**汇编器（Assembler）**：用于将用Hack汇编语言编写的程序翻译成用Hack二进制代码编写的代码。相关项目：4、6。

**VM仿真器（VM Emulator）**：用于两个目的：(i)实验VM命令和VM代码段，并学习它们如何在主机RAM上实现，以及（ii）执行编译的Jack程序。包括一个内置的Jack OS实现。相关项目：7、8、9、11、12

**Jack编译器（Jack Compiler）**：用于编写Jack程序并将其翻译成VM代码。然后可以将后者加载到VM模拟器中并由其执行。相关项目：9、12

**位图编辑器（Bitmap editor，仅在在线版可用）**：用于设计视觉元素（如精灵sprites）并生成Hack或Jack代码以在内存中实现它们。可以用来帮助开发电脑游戏，以及通常使用图形和动画的程序。相关项目：9；

Last modification：December 16, 2024

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Nand2Tetris教程：2.1 Nand2Tetris的环境配置及软件介绍

Ivan Hanloth • 2024 年 12 月 13 日

## Nand2Tetris配置

官方使用指导见：https://www.nand2tetris.org/software

Nand2Tetris提供了两种使用方式：

## 本地部署

官方教程：https://drive.google.com/open?id=1IkIR8Pwq3PY49QgXpUJOkUUVht-TKIET&usp=drive_fs

### Windows部署

下载完成后，将文件解压至一个空文件夹中，可获得如下的目录结构：

![Snipaste_2024-12-13_11-29-05.png](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/3806048262.png)

此时，打开tools文件夹，双击运行HardwareSimulator.bat

![Snipaste_2024-12-13_11-31-03.png](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/543815573.png)

如果显示如下图，则配置完成

![Snipaste_2024-12-13_11-31-59.png](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/1341109952.png)

![Snipaste_2024-12-13_11-35-46.png](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/3530976357.png)

### MacOS部署

官方教程：https://drive.google.com/file/d/1QDYIvriWBS_ARntfmZ5E856OEPpE4j1F/view?usp=drive_open

首先打开终端，输入 `java -version`

如果出现类似 `java version "1.8.0_31"`的提示，则说明已经安装了java环境，无需重新配置

如果没有出现提示，并弹出窗口，则说明没有安装java环境，点击按钮后可以前往网页下载并安装java环境

将解压完成的内容剪切粘贴至桌面名为nand2tetris的文件夹中，在终端中执行以下指令：

```bash
~/Desktop/nand2tetris/tools/HardwareSimulator.sh
```

可以启动硬件模拟器（HardwareSimulator），此后每次启动都需要使用上方的指令

其中，最后的部分可以替换为下面的值

如果提示 `Permission Dednied`，请先使用以下指令再执行上方的指令

```bash
chmod u+x ~/Desktop/nand2tetris/tools/HardwareSimulator.sh
```

至此，Nand2Tetris本地部署已经完成

#### 可选配置

如果觉得启动比较麻烦，可以考虑将文件夹添加至环境变量，执行下方的指令：

```bash
echo "export PATH=$PATH:~/Desktop/nand2tetris/tools" >> ~/.bash_profile ;
source ~/.bash_profile
```

如果使用的是MacOS Catalina或者更新的版本，应该使用下方的指令：

```bash
echo "export PATH=$PATH:~/Desktop/nand2tetris/tools" >> ~/.zshrc ; source ~/.
zshrc
```

这样，就可以简单的启动软件了：

```bash
HardwareSimulator.sh
```

## 编辑器

Nand2Tetris并没有提供直接的本地编辑器，所有代码文件可以使用记事本（Notepad）、Notepad++、VSCode等文本编辑器打开

但是只有在线版编辑器支持代码高亮、代码补全等功能，因此对于本地部署的环境而言，没有区别

## 目录结构解释

![Snipaste_2024-12-13_12-03-43.png](https://blog.ivan-hanloth.cn/usr/uploads/2024/12/3784271083.png)

nand2tetris默认目录结构如上图所示，

- projects目录为所有nand2tetris提供的项目代码所在的文件夹
- tools目录为所有模拟器所在位置及其依赖

其中，`.bat`文件是Windows系统下使用的，`.sh`文件是MacOS系统下使用的

## 软件介绍

**硬件仿真器（HardwareSimulator）**：用于创建芯片。功能内置HDL编辑器和所有必要的服务，模拟和测试芯片。相关项目: 1、2、3、5。

**汇编器（Assembler）**：用于将用Hack汇编语言编写的程序翻译成用Hack二进制代码编写的代码。相关项目：4、6。

**Jack编译器（Jack Compiler）**：用于编写Jack程序并将其翻译成VM代码。然后可以将后者加载到VM模拟器中并由其执行。相关项目：9、12

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