27、P1 W4 U4.6 HACK编程1

视频：
如果本次课程对应的 Coursera 的视频打不开，可以点击下面链接
P1W4U4.6 - Hack Programming part 1

到此，本周课程介绍完 Hack 的 最底层 语言（程序、指令）。

接下来三节课（U4.6、U4.7、U4.8），用Hack语言写点东西。

在开始前，回顾一下Hack电脑的 两种指令（A指令 、C指令）

A-指令：
@value
解释：把value存入A寄存器。（value可以是常数，也可以是指向常数的变量）

C-指令：
如下图，由三部分组成 dest 、 comp 、 jump，每部分可以使用的情况如下图蓝框內。（dest、jump是可选的功能，可以没有）。

三种部分组合，可以实现三种大体的功能：

comp计算功能
dest存储结果功能
jump判断跳转功能

详细使用请看上节课，此表写码时还是经常要看的

上节还提到我们编写的这种符号表示的汇编语言是需要一个 汇编器 （assembler）来翻译成0101xxx。

这个Hack 专用 的 汇编器，会在第六周的时候实现。

那么第六周之前，我们怎么办呢？

汇编器 Assembler

这里老师提供的另一个工具 CPU 仿真器（ Emulator）

下图右侧，它可以加载 我们写的汇编语言（.asm），执行并调试。

CPU Emulator CPU 仿真器 。跟之前的硬件模拟器放在一个目录里nand2tetris/tools/CPUEmulator.xxx，Mac、Linux用户找到CPUEmulator.sh运行。Windows用户双击CPUEmulator.bin

回顾完之前的内容。
在正式开始这几课前，老师说了接下来三节课的规划。

像其它任何编程语言一样。都会涉及：

寄存器和存储操作（U4.6）
判断、变量、循环（U4.7）
指针、输入输出（I/O）（U4.8）

所以规划如下图

第四周内容有点多啊

如上图：
这节课就是操作 寄存器 和 存储器

如下图之前也见过（U4.3有详细说明），需要操作的三种寄存器就是：

D 寄存器（数据寄存器）
A 寄存器（地址寄存器。也能当D 寄存器用）
M 寄存器（操作M寄存器，就是操作 对应 存储器RAM[A]）

D 、 A 、 M

如下图，自己对照问题练习下
// D = 10 ，把10存入A寄存器，再从A寄存器 存入 D寄存器

// D++，把D寄存器加1

// D=RAM[17]，选中RAM里17号寄存器，把其内容 存入 D寄存器

// RAM[17]=0，选中RAM里17号寄存器，存入 0

// RAM[17]=10，先把10存入A寄存器，再从A寄存器 存入 D寄存器。再通过A寄存器 选中RAM[17]。再把D寄存器存入 M寄存器（M此时等于RAM[17]）

// RAM[5] = RAM[3]，通过A寄存器 选中RAM[5]，再把M寄存器存入 D寄存器（M此时等于RAM[5]）。再通过A寄存器 选中RAM[3]，再把D寄存器存入 M寄存器（M此时等于RAM[3]）

是不是都忘了，做几个练习回顾下。

难点备注：@value 设置 A寄存器，M寄存器 对应 RAM[A]

接下来，我们写一个程序，如下图左侧，然后演示一下CPU Emulator

打开一个编辑器或者txt，写好右边的代码。

课程视频里有一段 CPU Emulator 的 视频演示
从 10分30 到 15分30

自己写了一个demo.asm。用CPU Emulator 加载。
做RAM里两寄存器（RAM[0]、RAM[1]） 相加在存回RAM另一个寄存器（RAM[2]）

RAM[0]、RAM[1] 初始值，我分别输入的 5 和 14。

点击一步步执行，分别查看各个硬件状态来观察运行机制。

M寄存器 对应 RAM 里 黄色选中的寄存器

当然如果点击“一直执行”，程序并不会停在第6行结束，而是不受控的一直往下执行。

这里老师讲了一些潜在的风险，以及黑客如何利用这个来进行攻击。

避免这种情况。只需添加一个简单的无限循环就可以了。如下图

//设置 A为6(上面程序总共有6行指令)
@6 

// 无条件跳转到ROM[A]，也就是第六行，于是重复执行。
0;JMP 

最佳实践，避免崩溃

在之后的写代码中，会引入一些帮助写码的人方便记忆的方式。（我叫它“别名”）

Hack小电脑在老师设计的时候提供了 16个 “别名”。老师管这个16 个 R0~R15，叫虚拟寄存器

如果在汇编语言里写 R0，在经过汇编器 的时候就给还原成 0
(可预见在第六周的写汇编器时，一定会对此做一个处理。)

如下图：
仔细对比， 右边 的 可读性 更高，更好理解。

R0的 R 是大小写区分的，写r0是不对的

除了上面 16个 便于记忆的“别名”。实际上老师还为Hack设计了如下这些“别名”。

主要新增两个：

SCREEN => 16384

KBD => 24576

分别对应U4.5里讲到的 输入输出设备对应的存储区域的起始“门牌号”。

另外还有六个“别名”，在Part1硬件课程里不会用到，之后Part2软件课程里会用到，这里没有说明。
SP
LCL
ARG
THIS
THAT

R0~R15、SP、LCL、ARG、THIS、THAT、SCREEN、KBD

这节课讲了 对 寄存器 和 存储 如何编程。
下节课来讲 如何 写 判断、变量、循环。