BCC16VM 教材：記憶體指令

所有要交給 CPU 處理的資料，都必須先放進暫存器。 只有暫存器裡面的資料可以被送進 CPU 的電路去做計算。 而暫存器數量很少，例如 BCC16VM 只有三個，所以處理完的資料要放回記憶體， 以便空出暫存器處理下一筆資料。 因此，必須有指令在記憶體和暫存器之間搬移資料。 BCC16VM 提供六個這種指令：三個 store 和三個 load。 所謂 load 就是將資料從記憶體上傳到暫存器， 例如 10100010 就是 Load R0 0010 的意思， 記做 R0 <- 0010； 而 store 就是將資料從暫存器下載到記憶體， 例如 11010000 就是 Store R0 0000 的意思， 記做 R0 -> 0000。

例如在資料段的 0010 位址填入 01001101， 在指令段的 0000 填入機器碼 10100010 (load R0 0010)， 然後在指令段的 0001 填入機器碼 11010000 (store R0 0000)。 執行後資料段的 0000 位址，數值變得和 0010 一樣。 這就是『將 0010 複製到 0000』的程式。

上述機器碼的程式，用記號來寫，如下：

R0 <- 0010
R0 -> 0000

Load R0 0010
Store R0 0000

10100010
11010000

當我們用高階語言 (例如 C) 宣告變數 x 和 y， 其實編譯器把它們變成資料段的位址。 我們用 x 和 y 給變數的那口箱子命名， 而電腦只能用二進制數字命名。 如果電腦分配 0000 給 x， 分配 0010 給 y， 則 x=y; 這句話就是這樣完成的。

電腦不能不透過暫存器而將記憶體任何位址內的資料，抄到另一個位址去。 也就是說，在主機板上，記憶體都是直接與 CPU 電路連線， 兩個記憶體之間並沒有互通的電路。

習題

1. 用 C 語言交換兩個變數的值，必須透過第三個變數。例如

   unsigned int x, y, tmp;
   tmp = x;
   x = y;
   y = tmp;

   若變數 x 放在 0000， 變數 y 放在 0001， 變數 tmp 放在 0010， 請翻譯上述 C 程式為機器碼。應該需要六個機器碼，動用一個暫存器。 (自行輸入資料，觀察執行結果。)
2. 如果直接用組合語言或機器碼寫程式，則可以不需要第三個變數， 就能交換兩個變數的值。 若變數 x 放在 0000， 變數 y 放在 0001， 請寫一個機器碼程式，交換 x 和 y 的值。 動用兩個暫存器，只要四個機器碼就可以了。