assembly - 汇编代码实际上是如何在基本级别得到解释的？

Question

我真的很喜欢自下而上地理解编程。
因此，我了解了一台 64kb 微型计算机的内部结构，因为我对从晶体管级别理解计算机非常感兴趣。我了解晶体管、多路复用器的创建、解码器、ALU 的创建等。

我得到了 LC3，这是我学到的，像 0001 011 011 100001 等操作码将意味着 0001 将被解码为 Add 指令等。然而，我对如何编写汇编来实现这一点感到困惑。我知道汇编程序会翻译 ADD R3、R1、R2 之类的指令并将其转换为机器代码，但真正困扰我的是这些 ASCII 字符如何“解释”为机器代码。

我知道在电子层面如何处理这样的指令，比如 JMP 来更改程序计数器等，但是在初级层面，汇编指令如何变成机器/二进制？我不明白它是如何从汇编到机器代码的。

我在网上找不到太多，但我想出的一个理论是，键入的键实际上只是发送一个实际上是二进制的电信号，但仍然不明白计算机体系结构如何将这个“ADD”变成 0001，因为它需要全面了解 ADD，而不仅仅是每个字符的二进制。那么，将程序集转换为二进制以控制逻辑门、解码、符号扩展等的过程是什么？

编辑:对于那些问我使用哪本书的人，它是计算系统简介:从位和门到 C 和超越第 2 版 (Patt)
它从构建从 P/N 晶体管到组装到 C 的逻辑门。对于任何想要了解整个过程的人，我不能再推荐它了。

Answer 1

汇编器是读取文本并写入二进制文件的软件程序。无论如何，它都不是“特殊”的。它不会在您键入或任何内容时运行。

CPU 运行存储在 RAM 或 ROM 芯片中的机器代码。汇编器只是生成二进制数据的便捷方式 ，然后您可以将其输入 EEPROM 或闪存编程机(例如)以制作带有代码的芯片。或者，如果在同一台计算机上运行，​​则组装到 RAM 或文件中。

要引导一个新平台，您通常会在另一台计算机上为它编写一个汇编程序，并使用它来生成包含新系统机器代码的二进制文件(或 ROM/闪存芯片)。

对于微 Controller ，这是正常的工作流程；在桌面上开发，构建镜像(组装)，将其闪存到嵌入式系统中，并将硬件连接到桌面，然后在微 Controller 上启动它。使用像 LC-3 这样的“玩具”计算机，过程将是相同的。您通常不会费心编写可以在 LC-3 上运行的汇编程序。虽然你当然可以； 64kiB 的 RAM 足够了，而且我认为 LC-3 具有足够的按位运算能力(与 MARIE 或其他一些过度简化的教学架构不同)，它不需要大量的代码来执行诸如将操作数编码为位之类的正常事情。

第一个要编写的汇编程序必须用机器码 编写，可能在打洞卡上，或者通过翻转机器控制台上的开关来创建二进制代码。人类可以与之交互的一些硬件，它们仅使用硬件就可以产生所需的数字逻辑 0 和 1。在第一个汇编程序出现之前，已经编写了很多软件:非常早期的计算机非常稀有，以至于您不会将它们用于一次性文本处理任务；你可以用手来做!

相关:The Story of Mel是一个精彩的真实故事，讲述了一个学习汇编编程的人，与一位资深专家一起工作，他在 1960 年代直接用机器代码在鼓内存计算机上编写程序。绝对值得一读，还有一个有趣的道德难题。无论如何，可能会给您一些关于没有汇编程序的编程的想法。

相关:How was the first assembler for a new home computer platform written?在 retrocomputing.SE 上有一些答案可能会帮助您理解事物，特别是这些评论描述了在没有汇编程序的情况下创建机器代码的确切过程:

In the early days memorising binary instructions was useful because a lot of computers allowed you to alter RAM contents using physical switches on a control panel. Indeed, entering a bootloader by directly toggling RAM values was standard boot procedure on some early computers. - slebetman

@slebetman I remember doing that in one of my earlier mainframe operator jobs. We used a manually entered bootloader to load further instructions from punched card, and the punched cards contained a bootstrap that allowed us to load a full OS from a drum hard disk. Good times... – Rob Moir (later in the same thread)

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