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P1W4U4.2 - Machine Languages-Elements
在開(kāi)始 講 Hack小電腦 的 機(jī)器語(yǔ)言前浅辙，老師要先講講通用的基本概念扭弧。
因?yàn)椴还釮ack小電腦的設(shè)計(jì)原則是這樣，事實(shí)上大部分計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)都符合這些基本概念记舆。
理解這些不光幫助我們?cè)谥蟾玫闹谱鱄ack小電腦鸽捻，也能舉一反三的理解其它計(jì)算機(jī)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。
機(jī)器語(yǔ)言 是神秘的 軟件 和 硬件的交匯點(diǎn)泽腮，初高中時(shí)御蒲，第一次接觸電腦，特別好奇就是這里诊赊。
（其實(shí)在第二周U2.4 ALU的那節(jié)課已經(jīng)隱約能體會(huì)到）
接下來(lái)說(shuō)說(shuō)下圖里的三問(wèn)厚满，也是本節(jié)要說(shuō)明的基本概念。
1.操作指令都是什么碧磅？
2.這些指令怎么操作數(shù)據(jù)碘箍？
3.如何控制指令執(zhí)行順序？
1.操作指令都是什么？
機(jī)器語(yǔ)言 的各種操作秆撮，實(shí)際上往往都對(duì)應(yīng)著硬件的實(shí)現(xiàn)四濒。
操作基本分三種：
算術(shù)操作：加、減职辨。有的還有乘盗蟆、除。等等
邏輯操作：與拨匆、或姆涩、非等等
指令順序控制：跳轉(zhuǎn)、判斷等等惭每。
有區(qū)別的地方骨饿，比如乘除的實(shí)現(xiàn)，HACK電腦就沒(méi)有乘除的硬件實(shí)現(xiàn)台腥，而是之后在Part2軟件部分去實(shí)現(xiàn)的宏赘。
另外數(shù)據(jù)類(lèi)型，有的有浮點(diǎn)數(shù)黎侈，有的數(shù)據(jù)位更寬（64位）或者更短（8位）察署。
2.這些指令怎么操作數(shù)據(jù)峻汉？
在說(shuō)如何操作數(shù)據(jù)前贴汪，先說(shuō)一下數(shù)據(jù)是如何在存儲(chǔ)里讀取的脐往。
事實(shí)上訪問(wèn)這些存儲(chǔ)是相對(duì)消耗資源的。
需要提供一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的地址來(lái)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)扳埂。
把存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)放入CPU也要花費(fèi)一定時(shí)間业簿。
為了解決訪問(wèn)速度和存儲(chǔ)量的擴(kuò)大間的沖突。
解決辦法：把存儲(chǔ)分層級(jí)來(lái)區(qū)分阳懂。（如下圖）
離CPU最近的是很少的寄存器（Register梅尤，物理上，在CPU內(nèi)部）岩调，也是讀取速度是最快的巷燥。
然后下一級(jí)可能是Cache（可以對(duì)應(yīng)理解為電腦CPU上的一級(jí)緩存，二級(jí)緩存号枕？）缰揪，存儲(chǔ)單元就多了些，同時(shí)訪問(wèn)速度也相對(duì)離CPU最近的Register慢了一些堕澄。
然后是主存儲(chǔ)（Main Memory邀跃，可以對(duì)應(yīng)理解為電腦里的內(nèi)存條？）蛙紫，同理存儲(chǔ)比Cache大拍屑，速度就再慢了一些。
最后是Disk（對(duì)應(yīng)理解為硬盤(pán)就好了）坑傅。
下面主要說(shuō)一下寄存器
寄存器主要分兩種：（如下圖）
一種數(shù)據(jù)寄存器（Data Registers）：存的就是數(shù)據(jù)僵驰，例如 R1、R2
一種地址寄存器（Address Registers）：存的是其它寄存器的地址唁毒，例如 A
現(xiàn)在知道了上圖兩種寄存器粉私，那么回到問(wèn)題2（2.這些指令怎么操作數(shù)據(jù)？）
如下圖近零，四種操作數(shù)據(jù)的方式：
數(shù)據(jù)寄存器 操作诺核，比如
Add R1，R2
解釋?zhuān)篟1 + R2 再存到 R2
直接尋址 操作久信，比如
Add R1窖杀，M[200]
解釋?zhuān)篟1 + 門(mén)牌號(hào)為200的寄存器里的數(shù)值，結(jié)果再存入200號(hào)寄存器
地址寄存器 間接尋址 操作裙士，比如
Add R1入客，@A
解釋?zhuān)篟1 + 門(mén)牌號(hào)為地址寄存器里存的地址數(shù)值，結(jié)果再存回去。區(qū)別上面的就是桌硫，200不是直接給出的夭咬。而是需要從A里的地址所指的寄存器里取出。
立即數(shù) 操作铆隘，比如
Add 73皱埠，R1
解釋?zhuān)?3 + R1，在存回R1咖驮。區(qū)別第一種，就是不用變量名R1训枢、R2托修。直接就是一個(gè)數(shù)值。
這里順帶提了一下 外圍設(shè)備 （輸入輸出設(shè)備恒界，例如 顯示器睦刃，鍵盤(pán)，等等）的訪問(wèn)十酣。
實(shí)際上也是存儲(chǔ)器的訪問(wèn)涩拙。利用了一種 存儲(chǔ)映射方式（memory mapping）。
這里就不說(shuō)泛泛概念了耸采，后面U4.5課程有詳細(xì)說(shuō)明兴泥。
3.如何控制指令執(zhí)行順序？
最后一個(gè)基本概念虾宇，就是對(duì)程序順序的控制搓彻。
默認(rèn)CPU是順序執(zhí)行程序的。
但有時(shí)需要特殊控制一下嘱朽，例如跳回前一步執(zhí)行旭贬，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)執(zhí)行的目的。
這里涉及兩種控制：
1.無(wú)條件跳轉(zhuǎn)
2.有條件跳轉(zhuǎn)
如下圖 先說(shuō) 無(wú)條件跳轉(zhuǎn)
無(wú)條件跳轉(zhuǎn) 也是一個(gè)指令搪泳，例如稀轨，讓CPU執(zhí)行的下一步 跳（jump） 到 第2行，那么命令就是 “jump 第二行”岸军，但我們很難知道第二行命令指令的具體在存儲(chǔ)中的地址奋刽，所以為了簡(jiǎn)化方便，程序也會(huì)提供一些功能來(lái)標(biāo)識(shí)第二行的位置凛膏。例如下圖 loop杨名，這樣命令就變成 “jump loop”（不用記這些命令，只是示意）
如下圖 再說(shuō) 有條件跳轉(zhuǎn)
注：JGT（J = Jump = 跳猖毫、GT = Greater Than = 大于）
JGT R1台谍，0，cont
解釋?zhuān)喝绻鸕1 大于 0 跳到 cont。否則趁蕊，順序執(zhí)行下一行坞生。
這節(jié)講解完了 通用計(jì)算機(jī)的 機(jī)器語(yǔ)言的 通用基本概念。
下面幾節(jié)掷伙，開(kāi)始來(lái)看看我們要實(shí)現(xiàn)的Hack小電腦里的機(jī)器語(yǔ)言具體是什么樣子的是己。
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