【TIS-100 攻略】第 4~5 关：信号比较器、信号叠加器
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第 4 关《信号比较器》（Signal Comparator）关卡展示
本关要求从 IN 收到正数时，向 OUT.G 写 1；从 IN 收到 0 时，向 OUT.E 写 1；从 IN 收到负数时，向 OUT.L 写 1。因为以上三个条件，任何时候都必然有且仅有一条成立，所以同一时刻，三个输出口只能有一个被写入 1，其余两个条件不成立的端口需要同时被写入 0。
本关我们需要接触 5 条用于控制流程的跳转指令，其中 1 条是无条件跳转，另外 4 条都是有条件跳转。
无条件跳转指令：jmp <label>，无视原先的执行顺序，强制跳转到标记为 label 的代码行处执行。
零跳转指令：jez <label> (Jump if Equal to Zero)，当 acc 为零时，跳转到标记为 label 的代码行处执行，否则按顺序继续执行。
正跳转指令：jgz <label> (Jump if Greater than Zero)，当 acc 大于零时，跳转到标记为 label 的代码行处执行，否则按顺序继续执行。
负跳转指令：jlz <label> (Jump if Less than Zero)，当 acc 小于零时，跳转到标记为 label 的代码行处执行，否则按顺序继续执行。
非零跳转指令：jnz <label> (Jump if Non Zero)，当 acc 不为零时，跳转到标记为 label 的代码行处执行，否则按顺序继续执行。
本关的输出和输入是否【大于 0】、【等于 0】、【小于 0】相关，是练习各大跳转指令的入门关卡。本关的代码如下：
左边的三个节点全部是用于传话的（mov up down, mov up down, mov up right），一笔带过。
最先收到 IN 口值的是位于 OUT.G 上方的节点。它从左边收到数字后，把这个数字存入自己的 acc，为接下来的按条件跳转做准备（mov left acc）。存好后，我们要将这个值再传一份给右边的节点，因为右边的节点也需要根据这个值向 OUT.E 口写输出值（mov acc right）。
接下来是重头戏：我们按照题目规则，判定输入的值是否大于 0，并根据判定结果跳转到不同的代码块去执行代码。第 3 行代码 jgz 6 的作用是：如果 acc 大于 0，则跳转到第 6 行去执行。这就导致了一个现象：如果 acc 大于 0，按照要求要跳过第 4、5 行代码，所以第 4、5 行代码是仅当 acc <= 0 时才会执行到的。当 acc <= 0 时，我们需要给 OUT.G 口输出 0 信号（mov 0 down）。与此同时，第 6 行代码是仅当 acc > 0 时才能执行的，所以当 acc <= 0 时，第 4 行代码执行完毕后，我们还需要强制跳回第 1 行，避免执行第 6 行的代码（jmp 1）。接下来第 6 行，acc > 0 时，给 OUT.G 口输出 1 信号（mov 1 down）。第 6 行代码执行完毕后，根据游戏设定，会自动跳回第 1 行，所以到这里就不需要再写一行多余的 jmp 1 了。
我们现在画一个流程图来解释 OUT.G 上方的节点究竟在做什么：
然后看右边的位于 OUT.E 上方的节点。该节点从左边接收传来的输入（mov left acc），并将该输入量再发送一份给右边的节点，让它处理 OUT.L 口的输出（mov acc right）。该节点用了非零跳转（jnz 6），导致的结果就是：acc = 0 时，执行第 4、5 行代码，向 OUT.E 输出 1（mov 1 down, jmp 1）；acc ≠ 0 时，执行第 6 行代码，向 OUT.E 输出 0（mov 0 down）。
最后是右下角的位于 OUT.L 上方的节点。该节点同样从左边接收传来的输入（mov left acc），但由于它已经位于右边缘，它的右侧已经没有更多节点等待它传话了，所以这个节点里的 mov acc right 这条指令被注释掉了。该节点用了负跳转，导致的结果就是：acc >= 0 时，执行第 4、5 行代码，向 OUT.L 输出 0（mov 0 down, jmp 1)；acc < 0 时，执行第 6 行代码，向 OUT.L 输出 1（mov 1 down）。
汇编里的“按条件跳转”本质上和高级语言的 if...else... 是一回事。C 语言的
等价于这样的汇编代码：
汇编在语序上没有高级语言的 if...else... 直观，因为是满足条件后跳转执行，所以先写的其实是不满足条件时的代码块，也就是 else 部分在前，then 部分在后。
那么，我们现在尝试将 OUT.G 上方的汇编代码转写成 C 语言代码。该节点的汇编代码如下：
转写成的 C 语言代码如下：
语义很明显：acc > 0 时给下方输出 1，否则给下方输出 0。另外两个节点大同小异，我就不再细说了。
点击左下角的【RUN】，稍等片刻，便会弹出结算界面：
不错，三项指标都在直方图的最左端，所以本方案应该是这道题的十全十美方案了。
第 5 关《信号叠加器》（Signal Multiplexer）关卡展示
本关要求从 IN.S 读入 -1 时，输出 IN.A 的值，舍弃掉 IN.B 的值；从 IN.S 读入 1 时，输出 IN.B 的值，舍弃掉 IN.A 的值；从 IN.S 读入 0 时，输出 IN.A + IN.B 的值。
这一关其实不算太难，就是将 IN.S 读入 acc，然后判断其是否小于／等于／大于 0，并根据判定结果选择三个代码块中的一个执行。代码如下：
IN.A 下方的节点，以及 IN.B 下方的节点，做的事情都是把读到的值汇总到中央节点，取舍均由中央节点自行决定（mov up right, mov up left）。
IN.S 下方的节点（中央节点）按照计划，从 IN.S 读入一个数字（mov up acc），并根据它的符号决定接下来要执行的代码块：若为正数，则跳转到第 11 行执行（jgz b)；若为 0，则跳转到第 7 行执行（jez 7）；若为负数，则按顺序继续往下执行。那么我们很自然地就把这些代码分成了三部分：当 acc < 0 时，执行第 4~6 行代码；当 acc = 0 时，执行第 7~10 行代码；当 acc > 0 时，执行第 11~12 行代码。
那么我们先看第 4~6 行代码：当 acc < 0 时，根据题目要求，要输出 IN.A 的值，舍弃掉 IN.B 的值。那么我们在代码里，自然就是从左边节点拿到 IN.A 后往下传（mov left down），从右边节点拿到 IN.B 后自己吞掉，不传下去（mov right acc, jmp 1）。
接下来是第 7~10 行代码：当 acc = 0 时，根据题目要求，要输出 IN.A + IN.B 的值。那我们在代码里，自然是先从左边节点拿到 IN.A 的值放到 acc 里（mov left acc），然后从右边节点拿到 IN.B 的值累加到 acc 里（add right），计算完毕后，将算好的值往下传（mov acc down, jmp 1）。
最后是第 11~12 行代码：当 acc > 0 时，根据题目要求，要输出 IN.B 的值，舍弃掉 IN.A 的值。此时我们的行为跟第一部分的代码正好相反，从右边节点拿到 IN.B 后往下传（mov right down），而从左边节点拿到 IN.A 后自己吞掉（mov left acc）。
将以上过程画成流程图，如下：
以上汇编代码转换成 C 语言代码后，是这个样子的：
有读者可能要问了：为什么用不到的值非得读一下然后再自己吞掉，不能不读它吗？这就不得不提一下这个游戏里的设定了：任何时候，当一个节点使用 mov 指令给相邻节点传值时，对应的相邻节点必须要接收这个值。若不接收，传值的节点就会一直阻塞下去，直到对应的节点接收掉相应的值为止。也就是说，传话的节点自己是不知道该不该丢弃掉这个值的。如果中央节点不去主动读那个需要丢弃的值，传话的节点就会一直等待下去，下次中央节点再来读的时候，读到的反而是前若干个回合里早就该丢弃掉的废值，这样我们反而会得到错误的结果。所以，即使对于不需要的值，接收方也是需要去读一下然后丢弃掉的，这样可以释放掉传话方的阻塞信号，以便传话方继续准备下一次要传递的内容。
中央节点下方的两个节点也没啥好说的，就是给最终输出口 OUT 传话的（mov up down, mov up down）。
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解锁成就 UNCONDITIONAL
该成就的说明是 Solve SIGNAL COMPARATOR without using the JGZ, JLZ, JEZ, or JNZ instructions，不使用四大有条件跳转指令完成第 4 关。
一开始看到这个成就的时候，你可能觉得这是无解的。但是如果你仔细阅读了手册，你会发现手册上介绍了一个魔法般的跳转指令：jro 指令。
jro 即 Jump Relative Offset，按相对偏移量跳转。它的用法是：jro <src>，从数据源处读入一个值，并跳转到当前行后的这么多行处执行。如果 src 为负数，则改为往前跳转 |src| 行。如果 src 为 0，则本次会停留在这一行，直到从数据源处读入的数不为 0 为止。
手册里给 jro 指令的用法举了这么几个例子：
前三种用法因为跳转到的位置是固定的，所以本质上和 jmp 指令没什么两样。jro 指令真正厉害的地方在于第四种用法：jro acc，根据 acc 里的值动态决定要往哪跳。以及由此衍生出的 jro up/down/left/right，由邻居节点来控制你往哪跳！这是无条件跳转的 jmp 指令，以及之前介绍的四大条件跳转指令做不到的点。
介绍完了 jro 指令后，我们回到题目。
这题的输入只有 -2、-1、0、1、2 这五种，每种输入都对应着唯一一种输出。因此我们可以将节点里的代码分成五部分，并对输入量做一定的处理，使之变成 jro 指令里的偏移量，将程序引导到相应的代码块处执行。由于 jro 0 会将程序阻塞在当前行不动，所以我们需要将原始的输入量 +3，使其变成 1、2、3、4、5 后，再使用 jro acc 做相对跳转。程序代码如下：
左上方和左侧居中的节点跟之前一样纯传话，但是左下角的节点有了改变，将输入量 +3 后再传给右边（mov 3 acc, add up, mov acc right）。这样 -2、-1、0、1、2 的输入量就映射成了 1、2、3、4、5。
现在我们来看 OUT.G 上方的节点有什么变化。题目要求 IN 为正数时，OUT.G 输出 1，否则输出 0。由于输入量固定在 -2 ~ +2 范围内，所以题目事实上变成了：当 IN 为 -2、-1 或 0 时，OUT.G 输出 0；当 IN 为 1、2 时，OUT.G 输出 1。我们从左侧节点收到并存入 acc 的是 IN + 3 的值，所以我们需要做的事就是：当 acc 分别为 1、2、3、4、5 时，分别对 acc 做一定的运算，将其变为 0、0、0、1、1 并输出。
首先我们从左侧节点接收 IN + 3 的值存入 acc（mov left acc），同时复制一份发给右边的节点（mov acc right）。接下来就是关键的 jro 指令。由于 acc 只可能是 1~5 中的一个，所以 jro acc 的含义是：
acc 为 1（IN 为 -2）时，向下移动 1 行执行；
acc 为 2（IN 为 -1）时，向下移动 2 行执行；
acc 为 3（IN 为 0）时，向下移动 3 行执行；
acc 为 4（IN 为 1）时，向下移动 4 行执行；
acc 为 5（IN 为 2）时，向下移动 5 行执行。
我们依次验证：
当 acc 为 5 时，向下移动 5 行，依次执行 sub 4, mov acc down。由于 5 - 4 = 1，所以输出的值是 1。
当 acc 为 4 时，向下移动 4 行，依次执行 add 1, sub 4, mov acc down。由于 4 + 1 - 4 = 1，所以输出的值是 1。
当 acc 为 3 时，向下移动 3 行，依次执行 nop, add 1, sub 4, mov acc down。由于 3 + 1 - 4 = 0，所以输出的值是 0。
当 acc 为 2 时，向下移动 2 行，依次执行 add 1, nop, add 1, sub 4, mov acc down。由于 2 + 1 + 1 - 4 = 0，所以输出的值是 0。
当 acc 为 1 时，向下移动 1 行，依次执行 add 1, add 1, nop, add 1, sub 4, mov acc down。由于 1 + 1 + 1 + 1 - 4 = 0，所以输出的值是 0。
以上我们接触到了一条新指令：空操作指令 nop。这条指令本身除了占用一个机器周期，以及占用一行宝贵的代码空间外，不产生任何效果。那么我们为什么还需要写这么一条空操作指令呢？因为，以上代码里，由于 acc 为 3 和 4 时都只需要执行 +1 和 -4 两条运算，但 acc 为 3 和 4 时，jro 的跳转点又不同。所以向下跳转 3 行时，我们只能在这个地方加一条 nop 空操作指令占位，让两个跳转点事实上执行的操作完全一致。它可以被等效替换成 add 0, sub 0, jro 1 等指令，毕竟将 acc 加上 0 或减去 0，或者只是正常跳转到下一行去执行，事实上也等效于本行代码没有执行任何操作。
现在我们看 OUT.E 上方的节点。它会从左边的节点收到一份 IN + 3（mov left acc），同样复制一份传给右边的节点（mov acc right）。OUT.E 要求 IN 为 0 时输出 1，IN 为 -2、-1、1、2 时输出 0。这相当于 acc 为 3 时输出 1，为 1、2、4、5 时输出 0。那我们看看本节点执行 jro acc 后的效果：
当 acc 为 5 时，向下移动 5 行，依次执行 sub 5, mov acc down。由于 5 - 5 = 0，所以输出的值是 0。
当 acc 为 4 时，向下移动 4 行，依次执行 add 1, sub 5, mov acc down。由于 4 + 1 - 5 = 0，所以输出的值是 0。
当 acc 为 3 时，向下移动 3 行，依次执行 add 2, add 1, sub 5, mov acc down。由于 3 + 2 + 1 - 5 = 1，所以输出的值是 1。
当 acc 为 2 时，向下移动 2 行，依次执行 nop, add 2, add 1, sub 5, mov acc down。由于 2 + 2 + 1 - 5 = 0，所以输出的值是 0。
当 acc 为 1 时，向下移动 1 行，依次执行 add 1, nop, add 2, add 1, sub 5, mov acc down。由于 1 + 1 + 2 + 1 - 5 = 0，所以输出的值是 0。
最后我们来看 OUT.L 上方的节点。它会从左边的节点收到一份 IN + 3（mov left acc），但是它右边没有节点了，所以不需要再传给右边了，我在原先第二行的代码 mov acc right 前加上了 # 号，让它变成了注释。OUT.L 要求 IN 为 -2、-1 时输出 1，IN 为 0、1、2 时输出 0。这相当于 acc 为 1、2 时输出 1，为 3、4、5 时输出 0。那我们看看本节点执行 jro acc 后的效果：
当 acc 为 5 时，向下移动 5 行，依次执行 sub 5, mov acc down。由于 5 - 5 = 0，所以输出的值是 0。
当 acc 为 4 时，向下移动 4 行，依次执行 add 1, sub 5, mov acc down。由于 4 + 1 - 5 = 0，所以输出的值是 0。
当 acc 为 3 时，向下移动 3 行，依次执行 add 1, add 1, sub 5, mov acc down。由于 3 + 1 + 1 - 5 = 0，所以输出的值是 0。
当 acc 为 2 时，向下移动 2 行，依次执行 add 2, add 1, add 1, sub 5, mov acc down。由于 2 + 2 + 1 + 1 - 5 = 1，所以输出的值是 1。
当 acc 为 1 时，向下移动 1 行，依次执行 add 1, add 2, add 1, add 1, sub 5, mov acc down。由于 1 + 1 + 2 + 1 + 1 - 5 = 1，所以输出的值是 1。
点击左下角的【RUN】，稍等片刻，弹出结算界面后，便可解锁 UNCONDITIONAL 成就。
当然，你目前只接触到了 jro 指令的这种初步的用法。后续的关卡里，节点间的分工合作会越来越复杂，有部分关卡离开了 jro 指令就直接无解。到了相应的关卡里时，我会详细解说 jro 指令的高级用法。
