传送门: ① Marie ② 使用手册

0、内容声明

本文章内容源于Marie.js使用手册，代码摘自Marie.js的样例代码，若有错误，敬请斧正。

1、Marie.js简介

这是一个非常精简易用的CPU仿真器，笔者曾自己用MFC写过类似的东西，但是效果和这个差了十万八千里。该仿真器是一个16位机，有三个通用寄存器，和一个只有16个指令的指令集，内存配置只有4K，不过这足够初学者研究一段时间了，但是它非常简单易用，满足了各种常用的X86架构和ARM架构处理器的指令。

2、配置介绍

如上图，共7个寄存器，意义如下：

AC 寄存器：通用寄存器、累加器，保存中间过程、累加、暂存等功能。

PC 寄存器：程序计数器，指向内存中下一条要执行的指令

MAR 寄存器：内存访问寄存器，简简单单的与地址线相连

MBR 寄存器：内存缓冲寄存器，简简单单的与数据线相连

IR 寄存器：指令寄存器，存放当前在执行的指令

Out、In寄存器：通用寄存器，I/O会使用这两个寄存器，不是用I/O时，可以当做通用寄存器用

7个寄存器和内存共8中调取数据的方式，正好可以使用3位表示。其中，MAR和PC因为和内存地址交互，只有12位，其余5个寄存器和内存中的字均为16位。

3、指令集

数学逻辑运算

Add X	将X作为操作数，与AC相加，并保存到AC中
Subt X	将X作为操作数，用AC减之，并保存到AC中
Addl X	将X作为操作数的指针，与AC相加，并保存到AC中
Clear	将AC清零

与内存的数据交换

Load X	从内存地址X中取数存值AC
Store X	将AC存入地址为X的内存中
Loadl X	将X处存储的内容作为指针，获取操作数存入AC
Storel X	将X处存储的内容作为指针，将AC的值存入指向的内存

I/O

Input	要求用户输入一个值替换当前AC	----
Output	将AC的值输出	----

分支

Jump X

PC跳转到X的地址

----

Skipcond(C)

基于AC和C跳过下一条语句的执行

跳转条件：

C=000&&AC<0

C=400&&AC=0

C=800&&AC>0

子程序

JnS X

将PC存至X的地址并且跳转至X+1

Jump X+1

Jumpl X

PC跳转到X指向的地方

后续单有一部分说明子程序/子函数的执行过程

程序终止

Halt

程序终止

----

共16个指令，可以用4位表示

4、寻址方式

按照指令集中的指令名称，可以发现有部分指令有两种形式，即不带‘l'的形式和带'l'的形式。如：

Add	Addl
Load	Loadl
Store	Storel
Jump	Jumpl

左侧的一列为不含‘l’的指令，右侧为含‘l’的指令，左侧直接将存储空间X中存储的内容作为操作数，为直接寻址；右侧将存储空间X中存储的内容作为指针，使用指针寻找操作数，为间接寻址。

类似的直接寻址指令还有subt等；类似的间接寻址指令还有JnS等。

5、简单代码示例与注释

加法代码

//输入X和Y，并存储至内存
Input
Store X
Input
Store Y//AC中当前存储的是Y，所以Add X即可完成加法过程
Add X
Output
Halt//声明内存空间
X, DEC 0
Y, DEC 0

HelloWorld

LOOP, Load PTR
// 输出字符
LoadI PTR
Output// 字符串指针自增
Load PTR
Add ONE
Store PTR// 计数器自增
Load CTR
Add ONE
Store CTR// 检查计数个数，是否完全输出字符串
Subt WORDS
Skipcond 400
Jump LOOP
Halt// 数据空间
ONE, DEC 1
CTR, DEC 0
WORDS, DEC 12// 初始化指针指向字符串
PTR, ADR S// "Hello World!"
S, HEX 48
HEX 45
HEX 4C
HEX 4C
HEX 4F
HEX 20
HEX 57
HEX 4F
HEX 52
HEX 4C
HEX 44
HEX 21

6、子程序/子函数代码过程

先上代码

//调用子函数
JnS func
Halt
func, HEX 000 // 此处保存要返回的地址...Jumpl func

这段代码中，func是一个函数的入口地址，JnS将PC指向func的下一字，跳过的一字保存这跳之前指针的下一位置，跳之前语句为JnS，那么下一个位置（本程序中为Halt），也就是函数返回之后要继续执行的位置。

那么代码是如何返回的呢？func函数执行完毕后，Jumpl将func作为指针间接寻址，将其地址赋值给PC，本程序中也就是Halt语句的地址被赋值给了PC，那么程序就可以正常返回了！

7、其它注意事项

Marie中对数据段和代码段没有加以区分，为了避免将数据当作代码执行，应当将数据放置于代码之后，但是有特殊情况，如子程序中，程序的返回地址会放在程序开头的位置，也正是因为这样的机制，可以让如此精简的Marie可以使用子函数的功能。

关于内存中“数据段”中数据的常见表示格式，见下表：

DEC	十进制
HEX	十六进制
ADR	地址标签（一般做指针用）

内存的4K容量为内存中字的数量，共4K个16位的字，实际内存为8KB。

推荐的代码格式：

先数据再代码

Jump begin//此为数据段...
//数据段结束begin,
//此为主程序...Halt
//主程序结束func1,Hex 000
//子程序1...Jumpl func1
//子程序1结束...

先代码再数据


//此为主程序
...
Halt
//主程序结束func1,Hex 000
//子程序1...Jumpl func1
//子程序1结束...//此为数据段...
//数据段结束

每个子函数前有所需数据

Jump begin//主程序数据段begin,
//此为主程序...Halt
//主程序结束//子程序1数据段func1,Hex 000
//子程序1...Jumpl func1
//子程序1结束...

关于注释的问题：单斜线'/'即可完成整行的注释，上述代码中写双斜线是为了满足CSDN的C++代码的格式要求，如果个人习惯双斜线，也可以使用

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3、指令集

数学逻辑运算

与内存的数据交换

I/O

分支

子程序

程序终止

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