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本關的【數(shù)據(jù)】輸入會不定期地發(fā)送一些數(shù)據(jù)包。有時是由 6 位數(shù)字組成的數(shù)據(jù)包，收到它后需要控制右側(cè)的 3D 打印機打出一個 6x6 的矩陣模型；有時只有一個 -1，收到它后需要控制 3D 打印機回到原點。具體打印的內(nèi)容我們需要參照數(shù)據(jù)手冊：

本數(shù)據(jù)手冊有一處印刷錯誤，第 4 行最后的英文字母 y 應該改為希臘字母 ψ。

我們每從【數(shù)據(jù)】輸入端口中收到一個 0~8 的數(shù)字時，就需要對照著以上表格打印出矩陣的一行。而且，為了節(jié)約時間，打印機按照 Z 字形移動，也就是：打印第奇數(shù)行時，打印機從左到右移動；打印第偶數(shù)行時，打印機從右到左移動。而不是像打字機一樣，每到新的一行，就回到最左邊。下面的動圖演示了打印機在收到 214426 這個數(shù)據(jù)包后的工作過程：

• 電機初始位于 (0, 0) 處；

• 收到第一個數(shù)字 2 時，對照數(shù)據(jù)表里的行 2，從左到右打印六個 β（青綠色），然后電機上移一格，此時電機位于 (1, 5) 處；

• 收到第二個數(shù)字 1 時，對照數(shù)據(jù)表里的行 1，從右到左打印六個 α（梅紅色），然后電機上移一格。此時電機位于 (2, 0) 處；

• 收到第三個數(shù)字 4 時，對照數(shù)據(jù)表里的行 4，從左到右依次打印?ψ（蛋黃色）、α（梅紅色）、α（梅紅色）、ψ（蛋黃色）、α（梅紅色）、ψ（蛋黃色），然后電機上移一格。此時電機位于 (3, 5) 處；

• 收到第四個數(shù)字 4 時，對照數(shù)據(jù)表里的行 4，從右到左依次打印?ψ（蛋黃色）、α（梅紅色）、ψ（蛋黃色）、α（梅紅色）、α（梅紅色）、ψ（蛋黃色），然后電機上移一格。此時電機位于 (4, 0) 處；

• 收到第五個數(shù)字 2 時，對照數(shù)據(jù)表里的行 2，從左到右打印六個?β（青綠色），然后電機上移一格，此時電機位于 (5, 5) 處；

• 收到第六個數(shù)字 6 時，對照數(shù)據(jù)表里的行 6，從右到左依次打印 ψ（蛋黃色）、空白、ψ（淡黃色）、空白、空白、ψ（蛋黃色），然后電機上移一格。此時電機位于 (6, 0) 處；

• 收到最后的 -1 時，電機向下移動 6 格，回到原點 (0, 0)。

本關需要 6 塊芯片分工合作！電路圖如下：

首先看最靠左的芯片。它是唯一和【數(shù)據(jù)】輸入相連接的芯片，因此它是 1 號芯片。我們首先寫它的代碼：

收到行號后（slx x1），將收到的行號 ×2 后（mov x1 acc, add acc）給中間的 2 號芯片，以及右邊控制電機移動的 4、5 號芯片各發(fā)一份（mov acc x0, mov acc x2, mov acc x3）。做完這些后，休眠 6 秒（slp 6）。至于為什么要將數(shù)字 ×2，以及為什么要休眠 6 秒，我們后面再說。

然后我們看位于正中央的，記錄行號和電機實時 X 坐標的 2 號芯片的代碼：

收到廣播信號后（slx x1），將擴大 2 倍后的行號同步到 p0 口中供下方的 3 號芯片使用（mov x1 p0）。然后開始計算電機的實時 X 坐標。我們說過，電機既可能從左向右移動，也可能從右向左移動。電機的移動方向取決于移動前的初始 X 坐標。初始坐標為 0 時，本行的 X 從 0 移動到 5，是從左向右移動的模式；初始坐標為 5 時，本行的 X 從 5 移動到 0，是從右向左移動的模式。所以我們首先判斷初始 X 坐標的值是 0 還是 5（tgt acc 2），對應地激活 + - 中的一個代碼塊。

初始 X 坐標是 0 時，激活 - 號代碼塊，采用從左向右移動的模式：將當前 X 坐標發(fā)給 3 號芯片（mov acc x2），睡一秒后（slp 1）檢查 X 是否小于?5（- tcp acc 5）。小于 5 時令 acc +1（- add 1），并跳到第 4 行繼續(xù)給 3 號芯片發(fā)坐標（- jmp 4），直到 X = 5 為止，關閉一切 + - 號指令，跳回到第 1 行等待下一行的任務。

初始 X 坐標是 5 時，激活 + 號代碼塊，采用從右向左移動的模式：將當前?X 坐標發(fā)給 3 號芯片（mov acc x2），睡一秒后（slp 1）檢查 X 是否大于?0（+?tcp acc?0）。大于 0?時令 acc -1（+ sub 1），并跳到第 4 行繼續(xù)給 3 號芯片發(fā)坐標（+ jmp 4），直到 X = 0?為止，關閉一切 + - 號指令，跳回到第 1 行等待下一行的任務。

2 號芯片是一個純工具芯片，它僅僅在為 3 號芯片提供行號和 X 坐標的數(shù)據(jù)。

下面來看位于左下方的，隨時查詢待打印細胞的 3 號芯片的代碼：

現(xiàn)在是時候解釋為什么 1 號芯片收到行號后要將它 ×2 了。

數(shù)據(jù)手冊里提供了 9 種細胞模型，行號為 0~8。如果我們一位數(shù)一位數(shù)地存儲，那要存 6×9=54 個數(shù)字，要四塊 ROM 才放得下！而我們的線路板面積只有這么點大，根本沒有空間放得下四塊 ROM；即使勉強放得下，也沒法和這么多 ROM 同時進行通訊。因此我們必須要使用壓縮的方式來存儲，比如用三位數(shù)來存儲連續(xù)的三種材料，這樣一個細胞模型用 2 格 ROM 空間，共 6 位數(shù)，占用空間就小得多了。

做了這樣的狀態(tài)壓縮后，9 種細胞模型需要 2×9=18 個數(shù)字，一塊 ROM 還是放不下。但我們觀察數(shù)據(jù)手冊發(fā)現(xiàn)：

前 3 行的 6 格內(nèi)容都是一樣的，這樣一來前 3 行完全沒必要往 ROM 里存，只存剩下的 6 格內(nèi)容就好。至此，剩下的 6 種細胞模型就只占用了 2×6=12 個數(shù)字，終于可以完美地放在一塊 ROM 里了。

1 號芯片之所以要將行號 ×2，是因為（除前 3 行外的）每一行的細胞模型都需要占用兩格 ROM 空間來存儲。如果將 6 位數(shù)存在【行號】開頭的兩格 ROM 空間里，那么相鄰行之間會有沖突。只有將 6 位數(shù)存在【行號 ×2】開頭的兩格 ROM 空間里時，才能解決相鄰行之間的位置沖突。1 號芯片將行號 ×2 后，本質(zhì)上是將【行號】轉(zhuǎn)換成了【ROM 地址】。3 號芯片需要的正是后者。

此時我們來觀察一下 ROM：

第 0~2 行的細胞模型并沒有存儲在 ROM 中，我們需要從第 3 行（即 6 號地址空間）開始看。第 3 行對應的地址 6、7 存儲的是 424242?這樣的六位數(shù)，在數(shù)據(jù)表里對應著 αβαβαβ 的細胞模型。看到這，你可能會想當然地以為 4 是?α， 2 是 β。但我要告訴你，不是的。我們接著往下看：第 4 行對應的地址 8、9 存儲的是 626226?這樣的六位數(shù)，在數(shù)據(jù)表里對應著 ψααψαψ 的細胞模型。

這里你可能會覺得奇怪了，2?到底對應誰，怎么跟三種希臘字母都對應了？其實，這里一行細胞模型的每一格，是跟一個六位數(shù)【從低位到高位】的順序一一對應的。因為，字符串和數(shù)字是兩個完全不同的物種，字符串的第 0 個字符是最左邊的那個字符，而數(shù)字的第 0 位卻是最右邊的那個數(shù)字。就連 dgt 指令，也是 0 表示個位，1 表示十位，2 表示百位，從低到高的順序。因此，我們將細胞模型的希臘字母串轉(zhuǎn)換成六位數(shù)后，讀取的順序也要跟著變?yōu)閺牡臀坏礁呶蛔x取。對于?ψααψαψ 這個模型來說，它的第 0 個字符是最左邊的 ψ；對于 626226 這個六位數(shù)來說，它的第 0 位是最右邊的 6。

現(xiàn)在我們從低位開始重新讀一下這個六位數(shù)：個位的 6 對應 ψ，十位的 2 對應 α，百位的 2 對應 α，千位的 6 對應 ψ，萬位的 2 對應 α，十萬位的 6 對應 ψ。然后，我們回到第 3 行，從低位開始重新讀：個位的 2 對應 α，十位的 4 對應 β，百位的 2 對應 α，千位的 4 對應 β，萬位的 2 對應 α，十萬位的 4 對應 β。完美對應，毫無沖突。

讀完整個 ROM 后，我們會發(fā)現(xiàn)：ROM 中的 0 對應空白，2 對應 α，4 對應 β，6 對應 ψ。

再來看芯片代碼：

擴大 2 倍后的行號在 3 號芯片被喚醒前，已經(jīng)被 2 號芯片同步到了自己的 p1 口上。2 號芯片通過 x 口傳來的是實時的 X 坐標，收到它后將它放入 acc 寄存（slx x3, mov x3 acc）。這時候我們要檢查，當前要打印的細胞模型是否為前 3 行（tcp p1 5）。由于 p1 是擴大 2 倍后的行號，所以當 p1 為 0、2、4 中的一個（即 <5）時，直接將這個數(shù)字和一個 0 發(fā)送給右邊的芯片（- mov p1 x2, - mov 0 x2, - jmp 1）。后面我會詳細解釋這兩個數(shù)字的作用。

要打印的不是前 3 行的細胞模型時，我們先將 p1 中的數(shù)置為 ROM 地址（mov p1 x1），然后檢查電機的 X 坐標是在 0~2 范圍內(nèi)還是 3~5 范圍內(nèi)（tgt acc 2）。如果是在 0~2 范圍內(nèi)，那我們要讀取的是低三位中的一位數(shù)字，此時我們要空讀一格 ROM，讓 ROM 指針停在低三位的格子里（- mov x0 null）；如果是在 3~5 范圍內(nèi)，那我們要讀取的是高三位中的一位數(shù)字，ROM 指針初始已經(jīng)指向了高三位，此時我們需要將 acc 減去 3，讓其變成 0~2，令將來的取位指令 dgt 生效（+ sub 3）。做完這些后，我們將取得的高三位／低三位數(shù)，以及要取出的位數(shù)，都發(fā)給右邊的 6 號芯片，令它打印出對應的細胞（mov x0 x2, mov acc x2）。

現(xiàn)在回過頭來看第 3~6?行。當要打印的細胞模型位于前 3 行時，我們發(fā)現(xiàn)要打印的細胞正好是六個 p1，即第 0 行的細胞模型是空空空空空空（000000），第 1 行的細胞模型是 αααααα（222222），第 2 行的細胞模型是 ββββββ（444444）。那么，打印這些行的細胞模型時，我們只需要不停地叫 6 號芯片打印 p1 這個“三位數(shù)”（000/002/004）的個位（0/2/4）就行了，不需要關心電機的 X 走到哪了。這也就是滿足前面的條件時，我們發(fā)給 6 號芯片的兩個數(shù)字分別是 p1 和 0 的原因（- mov p1 x0, - mov 0 x0）。

接下來是控制電機移動和閥門開關的 4~6 號芯片的代碼：

現(xiàn)在該解釋為什么 1 號芯片每發(fā)一個數(shù)字就要睡眠 6 秒了。因為從收到第一個數(shù)字起，每隔 6 秒，X 的運動方向改變一次，Y 向上移動一格。所以控制電機 X、Y 的 4、5 號芯片，以及用于記錄電機實時 X 坐標的 2 號芯片，都只能 6 秒鐘接收一格數(shù)據(jù)，表示進入了新的一行。在此期間接收會導致線程阻塞。

4 號芯片用來控制電機的水平移動，其?acc 寄存器用于記錄電機的水平移動方向，和電機 X?輸出端口的電平信號一致，0 表示向左移動，100 表示向右移動。首先將電平信號初始化為 50（mov 50 p1），然后等待 1 號芯片的信號（slx x0）。如果 1 號芯片發(fā)送的是非負數(shù)（tcp x0 -1），表明需要令電機打印一行新的細胞，此時改變電機的水平移動方向，并將新的方向值發(fā)送給發(fā)送給電機 X 輸出端口（+ not, + mov acc p1）。然后，睡眠 5 秒，表示向左／向右移動 5 格（+ slp 5），此時電機已經(jīng)從一端移動到了另一端，此時需要令電機停止水平移動（mov 50 p1, slx x0）。而如果 1 號芯片發(fā)送的是負數(shù)（-1 × 2 = -2），則表明電機需要由 (0, 5) 退回至 (0, 0)。此時因為不需要在 X 方向上移動，所以什么操作都不需要執(zhí)行，跳回開頭繼續(xù)等待下一次信號就好（mov 50 p1, slx x0）。

5 號芯片用來控制電機的垂直移動。首先將電平信號初始化為 50（mov 50 p1），然后等待 1 號芯片的信號（slx x0）。如果 1 號芯片發(fā)送的是非負數(shù)（tcp x0 -1），表明需要令電機打印一行新的細胞，此時垂直方向上先等待 5 秒（slp 5），等到水平方向移動到另一個端點后，令電機在 Y 方向上上移一格（+ mov 100 p1, slp 1）。而如果 1 號芯片發(fā)送的是負數(shù)（-1 × 2 = -2），則表明電機需要由 (0, 5) 退回至 (0, 0)。此時令電機在 Y 方向上下移 6 格，回到原點（- mov 0 p1, slp 5, slp 1）。移動完畢后，令電機停止垂直移動（mov 50 p1, slx x0）。

最后是 6 號用于控制三個閥的芯片。收到 3 號芯片發(fā)來的三位數(shù)和要提取的位數(shù)后（slx x0），我們將三位數(shù)放入 acc（mov x0 acc），并將要提取的位數(shù)放入 dgt 指令中，提取出對應位的數(shù)字（dgt x0）。此時我們獲得的一位數(shù)就是本秒要打印的細胞，0 對應空，2 對應 α，4 對應 β，6 對應 ψ。首先判斷是不是空（tcp acc 0）。如果是空的話，本秒什么都不用打印，關閉一切 + - 號指令，直接跳到最后睡覺。然后是一個典型的“三態(tài)判定”，先假設要打印的是 β，激活 DX-300 的第二路信號（+ mov 10 x3），然后開始“三態(tài)判定”，檢查要打印的是不是另兩種細胞（+ tcp acc 4）。如果要打印的是編號為 2 的 α，則撤銷之前的設置，改為激活 DX-300 的第一路信號（- mov 100 x3）；如果要打印的是編號為 6 的 ψ，同樣撤銷之前的設置，改為激活 DX-300 的第三路信號（+ mov 1 x3）。信號設置完畢后，休眠一秒，讓信號生效（slp 1）。生效一秒后，需要立刻將 DX-300 的信號清除（mov 0 x3）。

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