# 我也...可以跟電腦娘說話嗎

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首篇不會給大家太多壓力，簡單介紹我們寫出來的程式往下是怎麼被電腦讀取的，本篇以MIPS為ISA討論。

## 電腦有甚麼零件??

所謂的電腦，英文稱為**Computer**，而**compute**的中文為計算，所以電腦的基本功能就是能夠計算，並且如果需要大量快速運算，必定需要存取數據，所以為了造出一台電腦，我們必定需要計算的單元以及儲存的單元。

運算的單元最著名的為ALU(Arithmetic logic unit)，它提供了多種運算功能如加減法以及邏輯的AND、OR、XOR等等。

儲存的單元則是有必須在CPU中快速拿出計算的Register、程式當下需要的存取空間Memory，不過以上的儲存空間大小從Register的KB到Memory的MB而已，另外我們會裝的HDD跟SSD才會往上做到GB甚至TB，不過那個不在這次的討論範圍，容杰哥跳過一下。

下圖為CPU以及儲存裝置的示意圖，右邊就是我們插在主機板上一條一條的Memory，底下指的就是HDD或是SSD。

## 甚麼是ISA

ISA的全名為**Instruction Set Architecture**，如果說電腦有不同的文化，ISA就是不同的語言，ISA決定了CPU可以執行怎麼樣的指令，或是同樣的一個行為，需要多少個指令才能完成。

杰哥只有碰過兩種ISA，分別為MIPs跟，RISC-V。

MIPS已經存在許久，杰哥一年前修課的時候，教授已經全部使用RISC-V教學了，近期甚至聽說了[MIPS要徹底退出](https://technews.tw/2021/03/12/mips-risc-v/)，也就是說未來的CPU都不會支援MIPS的ISA了。

不過基本上學會了一種ISA，他的邏輯或是想法基本上都已經接觸過了，換成另外一種不會太困難啦，我也是聽說的，但就現在讀書沒有遇到太大的困難。

## 指令長怎樣

因為我們寫出來的指令會經過兩層翻譯，第一層稱為**Assembly language**(組合語言)，第二層稱為**Machine language**，杰哥認為兩者需要分開介紹。

### Assembly language

首先是Assembly language，他就是很簡單的語言，我們不能宣告變數，只能使用特定的編號，編號對應到每個Register，MIPS支援的指令如下圖。


舉例來說，如果我們需要將Register S1跟Register S2中的值相加放進Register S3，那個Assembly language的寫法就會是：

> add $S3 $S1 $S2

MIPS規定目的地要放在第一個，另外兩個放在後面。

### Machine language

另一個是Machine language，就是我們看到駭客任務中那些0和1，因為電腦只看得懂那些東西。


MIPS只有三種類型的指令，分別為R-type、I-type、J-type。
R-type:指定三個Register
I-type:指定兩個Register
J-type:跳躍

每個指令都是32bits，也就是說由32個0或1組成。
只要對照底下的表格，我們就能在Assembly language跟Machine language之間轉換了。


| R-type | I-type |
| -------- | -------- |
|  |  |

比如說剛剛的**add $S3 $S1 $S2**就變成
> 000000 10001 10010 10011 00000 100000

跟R-type好好比對就是
|op(6)|rs(5)|rt(5)|rd(5)|shamt(5)|funct(6)|
|--|--|--|--|-----|-----|
|000000|10001|10010|10011|00000|100000|

底下是Register的10進位對照表，別忘記轉換成2進位喔~

## 小試身手

In the following problems, the data table contains the values of various fields of MIPS instructions.
| | |
| -------- | -------- |
| a. | op = 0, rs = 1, rt = 2, rd = 3, shamt = 0, funct = 32|
| b. | op = 43, rs = 16, rt = 5, immediate = 4|

What is the MIPS assembly instruction described above?
What type instruction do the instructions above represent?
What is the binary representation of the instructions above?

答案下回揭曉囉~

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|[杰哥的考研紀錄](https://hackmd.io/@dZfCcN4hT8aUuDPv3B8CWQ/HkSnrzVRd)|[小學數學(bit ver.)](https://hackmd.io/@dZfCcN4hT8aUuDPv3B8CWQ/HyOUUA8RO)|

## 做出來 派大星