《计算机系统要素》Day04 机器语言（上）

瀚星空计算机系统要素 Nand2tetris February 24, 2018

Make everything as simple as possible, but not simpler.

本章对机器语言做简要的介绍，然后对 Hack 机器语言进行学习，然后练习写一些机器语言程序

背景知识
- 机器语言，是指哪些机器的语言？
  
  内存处理器寄存器
  
  我们为什么需要寄存器？
  
  因为内存访问较慢（指令格式很长），寄存器能使得处理器快速地操作数据和指令。
- 语言？是什么样的语言？
  
  机器语言实际上是一系列的二进制数，但通常我们会同时使用二进制码和助记符
  
  符号表示也称为汇编语言
  
  将汇编语言翻译成二进制代码的程序是汇编编译（Compiler）器
- 机器语言中的指令
  1. 算术操作、基本逻辑操作（布尔操作）
  2. 内存访问
  直接寻址：数字表示指定内存单元的地址
  
  立即寻址：（准确地讲，这应该叫做立即赋值）数字表示需要加载到寄存器中的常数
  1. 控制流程
  反复、条件执行、子程序调用、无条件跳转
Hack机器语言

Hack是一个16位计算机
1. Hack的寄存器：
  
  Hack共有3个寄存器：
  
  其中：D仅用来储存数据值，A既是数据寄存器，又是地址寄存器，A寄存器中，保存了M寄存器中需要进行操作的那一位内存地址，另外，A中也可以保存需要的指令存储器的行号，比如执行 goto 35（跳转到第35行）前，需要将35赋给A寄存器
  
  助记：
  
  两个单值寄存器：
  
  D：数值寄存器
  
  A：效应寄存器
  
  两个海量寄存器：
  
  ROM：指令寄存器
  
  M：内存寄存器
  
  其中，D，A，为1位16位宽寄存器；ROM 和 M 为15位16位宽寄存器，最大寻址能力是32K
2. A 指令 @value
```
@value          //这里的 value 是一个非负的十进制数，或一个代表非负十进制数的符号
0vvv vvvv vvvv vvvv //v= 0 or 1
```
  A 指令有三个效应：
  - 直接把数值放入 A 寄存器中
  - 选定对应的 M 中那一位寄存单元
  - 确定需要跳转的指令地址
3. C 指令 控制指令
  
  C 指令明确以下三个问题：
  - 计算啥
  - 放到哪
  - 然后干啥
  汇编格式：
  
  其中，dest 和 jump 可以为空，若dest为空，= 省略，若 jump 为空，；省略
  
  其二进制代码为16位二进制数
  
  其中，前三位均为一，代表 C 指令。紧接着的七位为comp指令
  
  comp 指令有 7 位，第一位是 a-bit，当 a-bit = 0 时，可以近似看做A寄存器和D寄存器以及常数计算。当a-bit=1 时，可以近似看做 D 寄存器和 M 寄存器参与运算。其对应的 comp 助记符在第67页。
  
  再往后三位为 dest 位，这三位用来确定 ”放到哪“ 这个问题。d1 d2 d3 分别代表 A D M 三个寄存器。哪位取了1，就把计算出来的值存放在哪一寄存器中（可以同时存放到多个寄存器中）
  
  再往后三位为 Jump 位，取名为 j1 j2 j3 他们一同确定了8种跳转情况，跳转到 A 寄存器储存的行号去，当这三位均为 0 时，不跳转，程序继续执行下一行。
  
  注意：由于 A 寄存器即使要跳转的行号，又是要取数据的 RAM（M）地址，因此，若一条机器指令中有Jump行为，则这条指令不能引用（ref） M 寄存器！（A 不能同时做内存地址和跳转地址）
4. 符号 Symbols
  - 预定义符号
  - 虚拟寄存器：R0 到 R15 代表 0 到 15 号的 RAM（M寄存器）地址
  - 预定义指针：SP LCL ARG THIS THAT 表示 0 到 4 号 RAM 地址
  - I/O 指针：SCREEN 和 KBD 表示 RAM 地址 16384 和 24576
  - 标签（Tag）符号 (XXX) 是跳转操作的锚点，使用@xxx 之后，便可通过下一次JUMP指令跳转到该位置
  - 变量符号：直接被视作变量，从 RAM 地址 16 开始分配内存
  有了这些知识之后，我们就能写出我们自己的 HACK 程序了！
  
  HAPPY CODING!!

《计算机系统要素》Day04 机器语言（上）

_(:3 」∠)_