指令系统基础

复习

• 小计算机已经能在人工控制下读取、运算和写回
• 控制线决定每一步的数据流向
• 我们想把这些操作写进存储器，让机器自己照做

TL;DR

• 指令是机器能执行的一条命令
• 操作码说明做什么，操作数说明对谁做
• 指令也是一串比特，因此可以和普通数据一起存放

正文

　　上一章的人类指挥员会说：“读地址 20”“读地址 21”“做加法”“写到地址 22”。要让机器自己工作，先把这些话翻译成固定格式的比特。

　　这样的一句话叫作指令。

一句话的两部分

　　一条指令至少要回答两个问题：

• 做什么：操作码
• 对谁做：操作数

　　例如，我们给极简机器约定：

　　若后面 8 位用来写地址，那么：

0001 00010100

　　就可以表示“把地址 20 的数据读入 A”。前 4 位是操作码，后 8 位是操作数。

编号本身没有魔法

　　为什么 0001 表示读取，而不是加法？没有为什么，这是设计者的约定。就像字符编码约定 65 表示字母 A，只要负责解释的一方使用同一张表，机器就能照办。

　　所有可用指令以及它们的编码规则，合起来叫作指令集。

指令也是数据

　　指令写成比特后，外表和数字没有区别。它可以被存入、读取和搬运。不同只在于：控制器把这串比特当命令解释，ALU 把另一串比特当数值解释。

　　现在，我们可以把许多条指令依次放进存储器。可机器执行完第一条以后，怎样找到第二条？下一章给它一根始终指向“下一条指令”的手指。

思考题

　　同一串比特为什么既可能是数字，也可能是指令？机器靠什么决定怎样解释它？

小结

知识点

• 指令由操作码和操作数组成
• 指令集规定机器能听懂哪些编码
• 指令与普通数据在存储器里都是比特

思考题答案（仅供参考）

　　比特本身没有自带含义。它来自哪个位置、被送到哪个部件，决定解释方式：进入指令寄存器并交给控制器时被当作命令，进入运算器时则可能被当作数字。

协议

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设计师 | 南国微雪