6、深入理解机器语言：以Hack机器语言为例

深入理解机器语言：以Hack机器语言为例

1. 机器语言概述

1.1 硬件元素

机器语言可看作是一种约定的形式体系，用于通过处理器和一组寄存器来操作内存。主要的硬件元素包括：
- 内存 ：是存储计算机数据和指令的硬件设备集合。从功能上讲，它是一系列连续的单元，每个单元有唯一地址，通过提供地址来访问单个内存寄存器。
- 处理器 ：通常称为中央处理器（CPU），能执行一组固定的基本操作，如算术和逻辑运算、内存访问操作以及控制（分支）操作。它由算术逻辑单元（ALU）、一组寄存器和门逻辑组成，可解析和执行二进制指令。
- 寄存器 ：处理器和内存是两个独立的芯片，数据在它们之间传输较慢。因此，处理器通常配备多个板载寄存器，可作为高速本地内存，使处理器在芯片内操作数据和指令。CPU 中的寄存器分为数据寄存器（用于存储数据值）和地址寄存器（存储的值可解释为数据值或内存地址）。

1.2 语言形式

机器语言程序有两种等效的编写方式：二进制和符号。
- 二进制形式 ：早期计算机编程需手动操作机械开关存储二进制代码，调试困难。例如，“将 R1 设置为 R2 的值”的操作，可将加法操作表示为 6 位代码 101011，寄存器 R1 和 R2 分别用 00001 和 00010 表示，组合成 16 位指令 1010110001000001。
- 符号形式 ：为方便编程和调试，程序员发明了符号代码。如“add R2,R1”可表示“将 R1 设置