《计算机系统要素学习》笔记之第4章 机器语言

《计算机系统要素学习》笔记之第4章 机器语言

• 机器语言：可以被看作是一种约定的形式，它利用处理器和寄存器来操控内存
• 内存(Memory):用来储存数据和指令的硬件设备，基本结构是一个连续的固定宽度的单元序列，即字(word)或内存单元。用Memory[address]、RAM[address]、M[address]表示。
• 处理器(CPU):Central Processing
  Unit,是执行一组固定基本操作的设备，包括算术和逻辑操作，内存存取操作，控制操作(Control
  Operation)，操作对象是二进制数值，它们来自寄存器和指定的内存单元。
• 寄存器(Register):相当于处理器的一个高速本地内存，使得处理器能快速地操控数据和指令。每个寄存器只存储1位。
• 汇编语言(assembly language):采用助记符(symbolic mnemonics)来表示机器语言中二进制的操作码。
• 汇编编译器(Assembler):将汇编语言翻译成二进制机器语言的程序。
• 内存访问：直接寻址(Direct Addressing),立即寻址(Immediate Addressing)，间接寻址(Indirect
  Addressing)
• Hack机器语言规范详述
  Hack是一个基于冯 诺伊曼架构的16位计算机，由一个CPU、两个独立的内存模块(instruction memory and data memory)，以两个内存映射I/O设备(Screen and keyboard)组成。
• 内存寻址空间：指令地址空间(instruction memory) 数据地址空间(data memory)
• A-指令：@value(15位)，0vvv vvvv vvvv vvvv表示
• C-指令：dest=comp;jump，111a cccc ccdd djjj表示
• 符号：预定义符号(Predefined symbols)，虚拟寄存器(Virtual
  registers)如R0-R15代表0-15号RAM表示，预定义指针(Predefined
  pointers)如SP、LCL、ARG、THIS、THAT表示0-4号RAM地址，I/O指针如SCREEN和KBD表示RAM地址为16384和24576，标签符号(Label
  symbols)，变量符号(Variable symbols)
• 实现
• Mult.asm
  @1
  D=M
  @EQ0
  D;JEQ
  @END
  D;JLT
  @0
  D=A
  @2
  M=D
  (COMP)
  @2
  D=M
  @0
  D=D+M
  @2
  M=D
  @1
  M=M-1
  @1
  D=M
  @END
  D;JEQ
  @COMP
  D;JMP
  (EQ0)
  @0
  D=A;
  @2
  M=D;
  (END)
  @END
  0;JMP
• Fill.asm
  (PRG)
  @KBD //24576
  D=M
  @PRG
  D;JEQ //if M[24576]==0 goto PRG
  (BLACK)
  @30
  D=A
  @0
  M=D //loop num M[0]
  @32767
  D=A+1
  @32767
  D=D+A
  @3
  M=D // M[3]=65535
  @24576
  D=A
  @2
  M=D //store max address to M[2]
  // LOOP0:
  (LOOP0)
  @SCREEN
  D=A
  @1
  M=D //store screen address to M[1]
  // black to all
  (LOOP1)
  @3
  D=M //D=M[3]
  @1
  A=M
  M=D // become black M[M[1>=65535
  @1
  D=M
  @1
  M=D+1 // M[1]++
  @2
  D=M
  @1
  D=D-M // D=M[2]-M[1]>=0?
  @LOOP1
  D;JGE
  // condition to loop1 or white
  @0
  MD=M-1
  @LOOP0
  D;JNE
  //@KBD //24576
  //D=M
  //@BLACK
  //D;JNE //if M[24576]!=0 goto BLACK
  // white to all
  (LOOP3)
  @SCREEN
  D=A
  @1
  M=D //store screen address to M[1]
  @24576
  D=A
  @2
  M=D //store max address to M[2]
  // black to all
  (LOOP4)
  @0
  D=A
  @1
  A=M
  M=D // become white 16 bit
  @1
  D=M
  @1
  M=D+1 // M[1]++
  @2
  D=M
  @1
  D=D-M
  @LOOP4
  D;JGE
  // goto PRG
  @PRG
  0;JMP