微風夕語

目錄

• 前　言、一些小小的說明
• 序　章、文學少女唸錯科系了？！
• 第一章、美麗新世界的工作制度（Von Neumann 架構）
• 第二章、密秘指令 I （簡易機器指令集）
• 第三章、密秘指令 II （簡易機器指令集）

說明

這一章講的內容，是暨南大學資管系俞旭升老師所撰寫的 C 語言教學網頁講議「電腦內部運作」該章中『虛擬機器的指令集』一節，這次解釋的是 JUMP/SKIP 這兩個控制程式流程的指令。

請讀者特別注意的是，文章提到的指令集裡的十一個指令及其運作，是為了教學說明而減化過的，雖說概念上大致是相同的，但與實際上電腦真正使用的指令集運作方式，還是有所差別。

若您對詳細的技術細節有興趣，可參考維基百科的 Instruction Set 條目。

第三章、密秘指令 II （簡易機器指令集）

「那接下來，我們來看一下組指令的 JUMP / SKIP 吧。就像音羽同學說的一樣，接下來的幾組指令稍微複雜了一些，所以對於初學者來說，會比較難以理解一點。」

「呣……果然是這樣嗎？」

深夏的表情在不安中帶著一些沒有自信的感覺，於是桐仁便笑著答道：「也沒那麼困難啦，只要掌握到一些基礎的要點，就不會搞混囉。例如，深夏同學妳覺得，在我們所建構的 Von Neumann 機關中，指令的執行順序是如何的呢？」

「我想，從剛剛的幾個例子來看，應該是……照著順序執行？」

深夏歪著頭有點不太確定地說道。

「小深夏，不對啦……」

「咦？！可是剛剛的例子裡，指令都是一項接著一項往下執行的啊？！」

「小深夏，妳試著唸一下編號零到三這四個指令說明裡的最後一句。」

「呣唔，『完成後將 PC+1』，唉，好像四個指令的最後一句都一樣耶？！」深夏同學

「深夏同學，這是最關鍵的所在喲。妳再試著想想看，Control Unit 部門是怎麼決定要執行哪一個指令的呢？」

「我想一下喲……也就是說，執行的順序是看每個指令結束後，Program Counter 如何被改變的嗎？」

「叮咚叮咚～」

音羽似乎是情緒來得快去得也快的類型，深夏一答出正確的答案，立刻就誇張地模彷起問答節目裡，來賓回答出正確答案時的音效後說道：

「沒錯喲，程式的執行順序是由 Program Counter 的值來決定的。更正確的說，Von Neumann 機關不知道過去，也不知道未來，只知道目前記憶體裡的資料是多少，以及下一個指令要到哪裡取得。剛剛小深夏覺得會照順序一步一步執行，是因為 LOAD / SAVE / ADD / SUB 這四個指令結束後，都是把 Program Counter 加一，才會看起來像這樣！」

「嗯……所以一切都還是要看 Program Counter 才準確呢。」

桐仁點了點頭，在白板上畫下了另一張的表格，繼續說道：「所以接下來的這兩個指令，就是和更改 Program Counter 有關的，有了這些指令，我們才能真正按照自己的需求，來控制程式執行的順序。」

「咦？學長，這次的表示方式好像不太一樣咧……」

「沒錯，深夏同學，還記得剛剛提到的，Von Neumman 機關裡指令和資料是存在哪裡嗎？」

「都是在……啊！所以說，這張圖是記憶體裡的狀況囉？！」

「嗯，上半部是指令的部份，下半部則是資料的部份，我們之後都會假設 PC 一開始是指到記憶體位置 0 的地方，也就是從第一個指令開始執行。另外，這次我們多了兩個指令，第一個是 JUMP，這個指令會把 Program Counter 改成指定的值，而另一個 HALT 則是表示程式結束，後面不需要再做事。所以說，這隻程式……」

「等等喲……」還沒等桐仁說完，深夏便開始自言自語地說道：「把第二十格內的值，也就是 30 抄到 ALU 部門的辦公桌上，之後加上 40 成為 70，接著遇到 JUMP 4，把 PC 的值改成 4，也就是下一個執行的指令會是第四格的 SUB 50，那就是將 70 再減掉 50 成為 20……所以最後的結果是保密櫃裡的資料都沒有動到，但 ALU 的辦公桌上的值是 20 對吧？！」

「咦～這真的是小深夏嗎？竟然這麼快就開竅了！啊，我知道了，妳一定是假貨對吧……」

音羽邊說著，邊將就坐在身旁深夏抱進懷中，同時雙手開始在不斷掙扎著想要逃開的深夏身上到這邊捏一下，那邊捏一下，最後甚至開始捏住深夏的雙頰往兩次拉拉扯扯的，而深夏也只能發出意義不明的「呣哇嗯啊～蒲要亂咧啦～～」的這類的聲音來抗議。

雖然只有相當短暫的時間，但桐仁似乎已經隱約察覺到這便是這兩人的相處模式，也不再多說些什麼，只是覺得有趣地看著深夏和音羽兩人的互動，沉浸在這瀰漫於小小的社團教室內的歡樂氣氛中。

「嗚啊……」

發現桐仁正緊盯著自己和音羽這邊，深夏輕輕唉鳴了一聲，本來就透著些許粉紅色的臉頰在一瞬染上了更深的紅，同時頭頂也似乎滾燙到要冒出水蒸氣，更別說那已經失去焦點的雙眼了。

相較之下，音羽雖然也露出了一絲絲感到不好意思的神情，但隨即又像是啥都發生似的對桐仁說道：「呵呵，真是抱歉啊，學長。我看我們還繼續吧！小深夏，起來囉～」

「呃……深夏同學，我們可以繼續了嗎？」桐仁對音羽聳了聳肩後說道。

「啊、好、好的！」

「剛剛說的是 JUMP 的部份，這個指令我們直接指定下一個指令要跳到哪邊執行。而接下來的 SKIP 比較複雜一點－－接到這個指令時，ALU 部門會先檢查辦公桌上的數字，如果大於等於零，就將 PC 加一，如果是負數，就將 PC 加二－－這樣聽起來好像很抽象，所以我們還是直接舉例子好了。」

「喏……假設這是這次的程式，一開始會將保密櫃第二十格的資料拿到 ALU 部門的辦公桌上，接著第二步的時候，因為辦公桌上的數字是 30，大於零，所以 PC 會加一，等於繼續往下執行 JUMP 5 這個指令，而第五格的指令會再把 ALU 現在辦公桌上的 20 存放到保密櫃第六十格的位置－－」

「呣……也就是說，這個程式會把保密櫃裡第二十格裡的東西複製到第六十格囉？」

「呵呵呵，小深夏，妳把第二十格改成 -43 之後，再試著解看看最後這隻程式的結果。」

「咦？！把第二十格改成 -43 嗎？！」

深夏感到有些疑惑地歪著頭，開始拿起手邊的自動鉛筆塗塗寫寫，將桐仁畫在白板上的東西抄寫到自己的筆記本上－－然後將記憶體圖示上的第二十格的部份，如同音羽所說的，改成了 -43－－

「先把第 20 格的 -43 抄到 ALU 部的辦公桌上，接著第二步的 SKIP……因為桌上的數字是 -43，小於零，所以 PC 會加二－－變成下一個執行的是保密櫃第三格的指令－－所以下一個指令是 LOAD 40，會將 0 抄到 ALU 的辦公桌上，接著再 SUB 20，也就是用 0 減去第二十格的 -43，現在辦公桌上會是 43……最後再把他抄到保密櫃第六十格的地方。嗯，所以 ALU 部門的辦公桌和第六十格現在會是 43，第二十和四十格沒有變，這樣對吧？」

「深夏同學有沒有發現程式執行完之後，會有什麼有趣的事呢？！」

「啊！第六十格一定會是第二十格的絕對值對吧？！」

「叮咚叮咚～～答對囉！小深夏！這下補考一定可以考個四十分左右的啦！」

「咦？！真的嗎？！」

重點複習

• 程式執行的順序是由 Program Counter 決定
• 電腦不知道過去也不知道未來，只知道當下的記憶體與暫存器的狀態
• 透過類似 JUMP / SKIP 這種指令，我們可以讓程式流程依資料的不同產生變化