本报告为MARIE项目在西南交通大学实施的中期总结，重点讨论了智能嵌入式系统的开发进展、技术挑战及解决方案，并展望未来工作方向。
### MARIE西南交大智能嵌入式系统设计半期报告
#### 1. 模拟器介绍
##### 1.1 体系结构
MARIE（Machine Architecture that is Really Intuitive and Easy）是一种专为教学目的设计的简化版计算机体系结构。它的主要目标是帮助学生理解和掌握计算机的工作原理。MARIE采用的是冯·诺依曼架构，这意味着程序和数据存储在同一内存空间内。
**图 1 MARIE 体系结构**
MARIE的主要组成部分包括：
- **寄存器**
- **AC (Accumulator)**：累加器，通用寄存器，用于保存临时数据或运算结果。
- **PC (Program Counter)**：程序计数器，指示当前待执行指令的内存位置。
- **MAR (Memory Address Register)**：内存地址寄存器，保存当前要访问的内存地址。
- **MBR (Memory Buffer Register)**：内存缓冲寄存器，暂时存储从内存读取的数据或待写入内存的数据。
- **IR (Instruction Register)**：指令寄存器，保存当前正在执行的指令。
- **Out、In 寄存器**：用于输入输出操作。
- **存储器**：4K字的存储器，按照字进行编址，每个字包含16位。
- **输入输出设备**：模拟的输入输出设备，用于与外部环境交互。
##### 1.2 主要指令集
MARIE的指令集非常简洁，每条指令长度固定为16位。下面是MARIE的主要指令集：
- **算术运算指令**
- **Add X**：地址X的内容与AC相加，结果保存到AC中。
- **Subt X**：AC减去地址X的内容，结果保存到AC中。
- **Addl XB**：将X作为操作数的指针，与AC相加，并保存到AC中。
- **ClearA**：将AC清零。
- **数据传送指令**
- **Load X**：从内存地址X中取数存到AC。
- **Store X**：将AC的值存入地址为X的内存中。
- **Loadl XD**：将X处存储的内容作为指针，获取操作数存入AC。
- **Storel XE**：将X处存储的内容作为指针，将AC的值存入指向的内存。
- **输入输出指令**
- **Input**：要求用户输入一个值，存入AC。
- **Output**：将AC的值输出。
- **控制、分支指令**
- **Jump X**：跳转到地址X。
- **Skipcond(C)**：根据AC和C的值决定是否跳过下一条指令。条件包括：
- C=000 && AC<0
- C=400 && AC=0
- C=800 && AC>0
- **Halt**：终止程序。
#### 2. 编写程序，观察程序进程
以下是一个具体的例子，该程序用于计算从1累加到20的和，并将结果保存到SUM中：
```
LOOP, LOAD X
ADD SUM
STORE SUM
LOAD X
ADD ONE
STORE X
SUBT CNT
SKIPCOND 400
JUMP LOOP
LOAD SUM
OUTPUT
HALT
SUM, DEC 0
X, DEC 1
ONE, DEC 1
CNT, DEC 21
```
- **程序解析**
- **LOOP**：循环起始标记。
- **LOAD X**：从X处加载当前值到AC。
- **ADD SUM**：将AC的值与SUM处的值相加。
- **STORE SUM**：将AC的值存入SUM处。
- **LOAD X**：再次从X处加载当前值到AC。
- **ADD ONE**：将AC的值加1。
- **STORE X**：将新的值存回X处。
- **SUBT CNT**：从AC中减去CNT的值。
- **SKIPCOND 400**：如果AC等于0，则跳过下一条指令，否则继续执行。
- **JUMP LOOP**：返回到循环起始点。
- **LOAD SUM**：加载SUM的值到AC。
- **OUTPUT**：输出AC的值。
- **HALT**：程序结束。
- **执行过程分析**
- 初始状态下，所有寄存器均为0，程序指令已经依次加载到内存地址中（从000H到00BH）。
- 执行过程中，PC会不断更新，指向下一个要执行的指令。
- AC寄存器将被用来进行加法运算和存储中间结果。
- MAR和MBR寄存器用于处理内存读写操作。
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5星
