閱讀前，建議可以參考Day1：閱讀指南＆為何選擇這個題目？

▌挑戰簡介

• 題目：計算機概論Ｘ30天

• 挑戰內容：連續30天紀錄計算機概論、離散數學、演算法、資料結構等課程，還有自己學習程式的心得體悟。

• 本篇性質：純粹上課內容的紀錄，不會有太嚴謹或是流暢的說明，而且我覺得Toy Machine一點都不重要，因此不需要認真閱讀XD

▌為什麼學Toy Machine

1. 可以了解一下最簡單的電腦結構是如何
2. 可能是一輩子唯一一次能寫到組合語言的機會
3. 如果是要寫網頁其實沒啥幫助

▌什麼是Toy Machine

• 類似於50-60年前的電腦型態
  • 現在的電腦幾乎沒有人可以獨自一個人完成
  • 但在50-60年前一個人完全有能力獨自做出一個電腦
• 世界上任何電腦可以運算的東西，Toy machine都可以辦到（但是toy machine記憶體和速度有限）
• PDP-8是世界上第一個成功商業化的電腦
  • 曾經運於美國的阿波羅登月計劃
• Toy Machine是傳統的馮諾伊曼結構（Von-Neuman Architecture)
  • 也就是Stored-program computer（把程式和資料都放在記憶體裡面）

▌Toy Machine的結構

• 256個記憶體（Memory），記憶體編號從00~FF
  • 每個記憶體16bit，也就是1個words
• 16個暫存器（Register)，暫存器編號從0~F
  • 每個暫存器16bit，也就是1個words
• 1個Program counter
  • 一個8bit的Register
• 1個ALU
• Input/Output

▌Toy Machine的指令單元是word

Toy Machine的基本指令，包括暫停、加、減.....，總共就16個
（也就是該電腦可以做16件事情）

1. Format1：OPCODE（前四位元）＋dest d（中間四位元）+ sorce s（中間四位元）+ sorce t（後四位元）
   • OPCODE：表示要做的動作
   • dest d：表示要把資料放到d暫存器
   • sorce s：表示從s暫存器拿資料
   • sorce t：表示從t暫存器拿資料

• 比如說1223（十六進位表示法）
  • 第一個1表示加法
  • 第二個表示暫存器2
  • 第二個表示暫存器2
  • 第三個表示暫存器3
  • 因此1223表示：把暫存器2和3的數字相加後放回暫存器2

2. Format2：OPCODE（前四位元）＋dest d（中間四位元）+ addr（後面八位元）
   • OPCODE：表示要做的動作
   • dest d：表示要把資料放到d暫存器
   • addr：表示從記憶體拿出資料

• 比如說823E（十六進位表示法）
  • 第一個8表示讀取
  • 第二個2表示暫存器2
  • 第二、三個3E，表示記憶體3E
  • 因此823E表示：把記憶體3E的資料讀到暫存器2

▌用組合語言寫「加法」

前面說過 Toy Machine可以做任何其他電腦可以做的計算，因此現在來做加法

如何做a+b呢？（假設a=4,b=3)

以下是java寫法
int a=4
int b=3
int c=0

while(b!=0)
{
c=c+a
b=b-1
}
console.log(c)

現在開始寫，組合語言，邏輯如下

• 首先記憶體有256個（從00~FF)，暫存器有16個（0~F)，二者都有1個words（4個十六位元）
• 找幾個記憶體裝數字
• 把記憶體移到暫存器
• 開始進行計算

0A 0004 //把4放在記憶體0A
0B 0003 //把3放在記憶體0B
0C 0000 //把0放在記憶體0C
0D 0001 //把1放在記憶體0D

10 8A0A //把0A的數字4抓到暫存器A
11 8B0B //把0B的數字3抓到暫存器B
12 8C0C //把0C的數字0抓到暫存器C
13 8D0D //把0C的數字1抓到暫存器D
14 CB18 //如果暫存器B的數字為零就跳到__
15 1CCA //把暫存器C跟暫存器A的數字4相加，然後放回C
16 2BBD //把暫存器B跟暫存器D的數字1相減，然後放回B
17 C014 //檢查暫存器1是否為0，如果是就跳回14行（可是暫存器0一定會是零，因為沒設定過）
18 9CFF //把暫存器C的資料存到記憶體FF（FF會跟output連結一起)
19 0000 //停機

心得

• 加法原本需要19行的內容，但現在只要7行就可以解決了，感謝高階語言的出現lol
• 我覺得如果只是要學寫程式，完全不認識組合語言也沒關係啦（畢竟高階語言的作用就是讓人類不用在寫組合語言嘛！）