教师参考答案

认识机器

收集四类证据：相关状态的预测；多种案例（包括边界）的行为；依据轨迹和状态的解释；对一次不一致作出有理由的修正。使用纸面或学校现有批准流程，将各项记录为初步、需支持或独立完成。挑战通过证明的是机器行为，不证明作者身份或完全掌握。接受等效正确程序；公开答案是示范，并非唯一答案。

公开教学材料。答案是示例；等效的正确程序也可能通过实际检查。

1. 你的第一个表情符号程序

将数字送入 CPU，输出它，然后停止。

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1. 预测与跟踪

运行试做程序前，预测输出，并跟踪最先执行的三条指令。按需要记录相关寄存器、标志或内存，再逐步执行进行比较。

📥 42
🖨️
⏹️

加入输入队列: 无

初始化内存: 所有字节初始为零

试做预测答案

输出: 42

指令	执行前 PC	执行后 PC	执行前 R0	执行后 R0	相关状态	输出
LOAD	0	1	0	42	`{"registers":[42,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}`	无
PRINT	1	2	42	42	`{"registers":[42,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}`	42
HALT	2	2	42	42	`{"registers":[42,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}`	42

2. 构建与检查

编写一个程序，恰好输出一次 42，然后停止。使用 LOAD、PRINT 和 HALT。

必需的指令类型: LOAD, PRINT, HALT

挑战示例答案

LOAD 42
PRINT
HALT

实际检查器测试数据

案例 1

输入: 无
初始内存: 所有字节初始为零
预期输出: 42

3. 解释机器

PRINT 前，R0 和输出是什么？HALT 将 PC 留在哪里？

推理与教学说明

R0=42；PRINT 前输出为空，之后输出 42；HALT 位于编译索引 2。

2. 认识寄存器

使用八个快速工作区，并保留需要的数值。

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1. 预测与跟踪

运行试做程序前，预测输出，并跟踪最先执行的三条指令。按需要记录相关寄存器、标志或内存，再逐步执行进行比较。

LOAD 17 R1
LOAD 99
COPY R1 R2
LOAD R2
PRINT
HALT

加入输入队列: 无

初始化内存: 所有字节初始为零

试做预测答案

输出: 17

指令	执行前 PC	执行后 PC	执行前 R0	执行后 R0	相关状态	输出
LOAD	0	1	0	0	`{"registers":[0,17,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}`	无
LOAD	1	2	0	99	`{"registers":[99,17,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}`	无
COPY	2	3	99	99	`{"registers":[99,17,17,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}`	无

2. 构建与检查

在 R1 中保留 17，并将它复制到 R2。输出 17，再让 R0 变为零，然后停止。R1 和 R2 必须仍为 17。

必需的指令类型: COPY, PRINT, HALT

挑战示例答案

LOAD 17 R1
COPY R1 R2
LOAD R2
PRINT
LOAD 0
HALT

实际检查器测试数据

案例 1

输入: 无
初始内存: 所有字节初始为零
预期输出: 17
预期最终寄存器: R0: 0, R1: 17, R2: 17

3. 解释机器

为什么 R0 最终为 0，而 R1 和 R2 仍为 17？

推理与教学说明

寄存器是独立工作区；COPY 保留来源；清零 R0 不会清零 R1 或 R2。

3. 跟随程序计数器

阅读轨迹，区分源代码行与指令地址。

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1. 预测与跟踪

运行试做程序前，预测输出，并跟踪最先执行的三条指令。按需要记录相关寄存器、标志或内存，再逐步执行进行比较。

#
LOAD 7
NOP
PRINT

LOAD 9
PRINT
HALT

加入输入队列: 无

初始化内存: 所有字节初始为零

试做预测答案

输出: 7, 9

指令	执行前 PC	执行后 PC	执行前 R0	执行后 R0	相关状态	输出
LOAD	0	1	0	7	`{"registers":[7,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}`	无
NOP	1	2	7	7	`{"registers":[7,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}`	无
PRINT	2	3	7	7	`{"registers":[7,0,0,0,0,0,0,0],"flags":{"zero":false,"negative":false,"overflow":false},"sp":255,"stack":[],"callStack":[],"loopStack":[],"memoryReads":[],"memoryWrites":[]}`	7

2. 构建与检查

依次输出 7 和 9，各恰好一次。在载入 7 与输出 7 之间加入 NOP。

必需的指令类型: NOP, LOAD, PRINT, HALT

挑战示例答案

LOAD 7
NOP
PRINT
LOAD 9
PRINT
HALT

实际检查器测试数据

案例 1

输入: 无
初始内存: 所有字节初始为零
预期输出: 7, 9

3. 解释机器

为什么源代码空行和注释不会改变输出顺序？

推理与教学说明

它们不产生编译指令；PC 计算指令地址，输出仍为 7、9。