Lập trình cho CPU

Ở Bài “Mô hình CPU 8-bit” bạn đã thấy CPU chạy theo chu trình Nạp → Giải mã → Thực thi, lần lượt từng ô. Vậy “lập trình” chỉ là: viết một danh sách lệnh đúng thứ tự để CPU làm việc bạn muốn. Bộ lệnh của CPU này chỉ gồm 9 lệnh (kèm vài chỉ dẫn trình dịch sẽ giới thiệu ngay sau):

Cộng hai số rồi hiện kết quả. Vì 5 và 3 đã có sẵn trong hai ô nhớ, ta nạp số thứ nhất vào A, cộng số thứ hai, rồi hiện ra và dừng. Đọc kỹ phần chú thích, sửa thử, và bấm các ví dụ khác:

• ▸LDA 14 / ADD 15: làm việc với SỐ đang nằm trong ô nhớ 14, 15.
• ▸OUT hiện A ra “đèn”; HLT dừng máy.
• ▸ORG 14 + DAT đặt dữ liệu vào ô 14, 15 (tách khỏi vùng lệnh).

CPU này chỉ có 16 ô (Bài Bộ nhớ & RAM). Cả lệnh lẫn dữ liệu đều phải nằm trong đó. CPU bắt đầu chạy từ ô 0 nên ta xếp lệnh ở các ô thấp, rồi dùng ORG để đặt dữ liệu ra các ô cao - kẻo CPU “chạy nhầm” dữ liệu như thể nó là lệnh.

• ▸Ô 0,1,2,…: các byte lệnh, CPU chạy lần lượt.
• ▸ORG 14: “từ đây là dữ liệu”, đặt ở ô 14 trở đi.
• ▸DAT 5: một ô dữ liệu mang giá trị 5.
• ▸Hết 16 ô là hết - đó là vì sao chương trình phức tạp không nhét vừa.

Bình thường CPU chạy ô kế tiếp. Lệnh JMP đc đổi điều đó: nó cho CPU nhảy tới ô khác. Nhảy ngược về phía trên tạo thành vòng lặp. Ví dụ “Đếm lên” cộng 1 mãi mãi:

; Đếm lên vô hạn - minh hoạ vòng lặp
; Lưu ý: đếm quá 255 sẽ TRÀN SỐ và CPU dừng
LDI 1       ; A ← 1
lap:        ; nhãn cho vòng lặp
OUT         ; hiện A
ADD 15      ; A ← A + 1
JMP lap     ; quay lại nhãn "lap"

ORG 15
DAT 1       ; ô 15 = 1

Muốn máy quyết định, ta cần rẽ nhánh. JZ đc chỉ nhảy khi kết quả vừa tính ra bằng 0 (cờ ZERO bật). Mẹo so sánh hai số: lấy hiệu của chúng - nếu hiệu = 0 thì chúng bằng nhau.

; Hai số có bằng nhau không?
; Hiện 1 nếu bằng, 0 nếu khác.
; Cách làm: lấy hiệu, nếu = 0 thì bằng nhau
LDA 13    ; A ← số X (ô 13)
SUB 14    ; A ← X − Y
JZ bang   ; nếu hiệu = 0 → nhảy "bang"
LDI 0     ; khác nhau → A = 0
OUT
HLT
bang:
LDI 1     ; bằng nhau → A = 1
OUT
HLT

ORG 13
DAT 6     ; ← số X (đổi để thử)
DAT 6     ; ← số Y (đổi để thử)

• ▸JZ giống một “lối rẽ có điều kiện”: kết quả vừa rồi bằng 0 thì rẽ sang ô khác, không thì đi thẳng.
• ▸Ghép SUB + JZ là cách kiểm tra “hai số có bằng nhau không”.
• ▸Chỉ có JZ (không có “nhảy nếu âm/nhớ”) nên chia chỉ phát hiện được chia hết.

Đến lượt bạn. Dùng sân chơi dưới đây: gõ chương trình, mã máy và kết quả tự cập nhật. Nếu sai, trình dịch sẽ chỉ rõ dòng lỗi. Thử ví dụ “Tổng 1+…+N” - nó gói gọn cả vòng lặp lẫn rẽ nhánh:

• ▸Lỗi hay gặp: số quá phạm vi (toán hạng > 15, DAT > 255).
• ▸Lỗi hay gặp: chương trình dài quá 16 ô → “ô bị ghi đè”.
• ▸Mẹo: viết từng phần nhỏ, chạy thử liên tục, đọc kỹ chú thích.