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我兼职教授大学课程,包括一个对所有专业开放的一般计算机主题的课程。这是一门入门课程,向学生讲授技术是如何运作的,以消除围绕计算的神秘感。 虽然不是计算机科学课程,但这门课的一个部分涉及计算机编程。我通常用非常抽象的术语谈论编程,所以不会让听众听不懂。但是今年,我想让我的学生以 “老派” 的方式做一些需要 “动手” 的编程。同时,我又想保持简单,以便让每个人都能跟上。 我喜欢将我的课程结构化,以显示你是如何从 “那里” 到 “这里” 的。理想情况下,我会让我的学生学习如何编写一个简单的程序。然后,我将从这里开始,展示现代编程是如何让开发人员创建更复杂的程序的。我决定尝试一种非常规的方法 —— 教学生学习终极的低级别编程语言:机器语言。 机器语言编程早期的个人电脑如 Apple II(1977 年)、TRS-80(1977 年)和 IBM PC(1981 年)让用户用键盘输入程序,并在屏幕上显示结果。但计算机并不总是带有屏幕和键盘。 Altair 8800 和 IMSAI 8080(均为 1975 年制造)要求用户使用面板上的 “开关和灯” 输入程序。你可以用机器语言输入指令,使用一组开关,机器会点亮 LED 灯以代表每个二进制指令的 1 和 0。 对这些早期机器进行编程,需要了解被称为 “操作码opcode” (操作代码的简称)的机器语言指令,以执行基本操作,如将两个数字相加或将一个值存储到计算机的存储器中。我想向我的学生展示程序员是如何通过开关和灯,手工输入一系列指令和内存地址的。 然而,在这门课上,使用实际的 Altair 8800 就有点太复杂了。我需要一些简单的、任何初级水平的学生都能掌握的东西。理想情况下,我希望能找到一个简单的 “业余” 复古计算机,其工作原理与 Altair 8800 相似,但我无法找到一个价格低于 100 美元的合适的 “类似 Altair” 的设备。我找到了几个 “Altair” 软件模拟器,但它们忠实地再现了 Altair 8800 的操作码,这对我的需求来说太过沉重。 我决定编写我自己的 “教育” 复古计算机。我称它为 “Toy CPU”。你可以在我的 GitHub 代码库上找到它,包括几个可以运行的版本。第一版是一个实验性的原型,运行在FreeDOS上。第二版是一个更新的原型,在 Linux 上用ncurses运行。版本 3 是一个 FreeDOS 程序,在图形模式下运行。 Toy CPU 的编程Toy CPU 是一个非常简单的复古计算机。它只有 256 字节的内存和一个最小化的指令集,其目的是在复制 “开关和灯” 编程模式的同时保持简单化。它的界面模仿 Altair 8800,有一系列 8 个 LED 灯,分别代表计数器(程序的 “行号”)、指令、累积器(用于临时数据的内部存储器)和状态。 当你启动 Toy CPU 时,它通过清除内存来模拟 “启动”。当它启动时,它也会在屏幕右下方的状态灯中显示 “INI”(初始化)。&ldquo WR”(电源)灯亮表示 Toy CPU 已被打开。 当 Toy CPU 准备好让你进入一个程序时,它通过状态灯指示 “INP”(“输入”模式),并让你从程序的计数器 0 开始。Toy CPU 的程序总是从计数器 0 开始。 在 “输入” 模式下,用上下方向键显示不同的程序计数器,按回车键编辑当前计数器上的指令。当你进入 “编辑” 模式时,Toy CPU 的状态灯上会显示 “EDT”(“编辑” 模式)。 Toy CPU 有一张速查表,被 “贴” 在显示屏的前面。它列出了 Toy CPU 可以处理的不同操作码。
当处于 “编辑” 模式时,使用左右方向键选择操作码中的一个位,然后按空格键在关闭(0)和开启(1)之间翻转数值。当你完成编辑后,按回车键回到 “输入” 模式。 一个示例程序我想通过输入一个简短的程序来探索 Toy CPU,将两个数值相加,并将结果存储在 Toy CPU 的内存中。实际上,这执行的是算术运算
计数器 0:00010100计数器 1:某个内存地址,第一个值 A 存放在那里 计数器 0 中的指令是 将一个数字
假设你把值 计数器 4:00010101计数器 5:一个内存地址(C),我们可以在那里保存新的值 把这两个值加在一起后,现在可以用这条指令结束程序:
计数器 6 之后的任何指令都可以供程序作为存储内存使用。这意味着你可以用计数器 7 的内存来储存值 计数器 7:00000001(1)计数器 8:00000011(3)计数器 9:00000000(0,以后会被覆盖) 在弄清了所有指令和
要运行程序,在 “输入” 模式下按下 Toy CPU 有一个明显的延迟,所以你可以看到它执行程序中的每一步。随着程序的进行,你应该看到计数器从 探索机器语言编程你可以使用 Toy CPU 来创建其他程序,并进一步探索机器语言编程。通过用机器语言编写这些程序来测试你的创造力。 一个在累积器上闪灯的程序你能点亮累加器上的右四位,然后是左四位,然后是所有的位吗?你可以用两种方法之一来写这个程序。 一种直接的方法是,从不同的内存地址加载三个数值,像这样: 计数器 0:LOAD计数器 1:“右边”计数器 2:LOAD计数器 3:“左边”计数器 4:LOAD计数器 5:“所有”计数器 6:STOP计数器 7:00001111(“右边”)计数器 8:11110000(“左边”)计数器 9:11111111(“全部”) 写这个程序的另一种方法是尝试使用
从一个数字开始倒数你可以把 Toy CPU 作为一个倒数计时器。这个程序行使 计数器 0:LOAD计数器 1:“初始值”计数器 2:IFZERO(这也是倒计时的“开始”)计数器 3:“结束”计数器 4:SUB计数器 5:“1”计数器 6:GOTO计数器 7:“开始”计数器 8:STOP计数器 9:00000111(“初始值”)计数器 10:00000001(“1”) Toy CPU 是学习机器语言的一个好方法。我在入门课程中使用了 Toy CPU,学生们说他们发现写第一个程序很困难,但写下一个程序就容易多了。学生们还表示,用这种方式编写程序其实很有趣,他们学到了很多关于计算机实际工作的知识。Toy CPU 既具有教育性,也很有趣味性! via: https:///article/23/1/learn-machine-language-retro-computer |
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来自: 山峰云绕 > 《编译原理翻译技术》