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2.4 指令和指令集
从一开始，设计处理器的目标之一就是使它成为一种可以自动进行操作的器件。另外，还需要提供一种机制，来允许程序员决定进行何种操作。
处理器何以能够自动进行操作，这不是本书的话题，大学里有这样的课程，《穿越计算机的迷雾》这本书也给出了通俗化的答案。
简单地说， 处理器的设计者用某些数来指示处理器所进行的操作， 这称为指令（Instruction），或者叫机器指令，因为只有处理器才认得它们。前面已经说了，处理器内部有寄存器和负责运算的部件，控制器“分析”一个个指令，然后确定在哪个时间点让哪些部件进行工作。比如，指令F4H 表示让处理器停机，当处理器取到并执行这条指令后，就停止工作。指令是集中存放在内存里的，一条接着一条，处理器的工作是自动按顺序取出并加以执行。
如图2-6 所示，从内存地址0000H 开始（也就是内存地址的最低端）连续存放了一些指令。同时，假定执行这些指令的是一个16 位处理器，拥有两个16 位的寄存器RA 和RB。
一般来说，指令由操作码和操作数构成，但也有小部分指令仅有操作码，而不含操作数。如图2-6 所示，停机指令仅包含1 字节的操作码F4，而没有操作数。指令的长度不定，短的指令仅有1 字节，而长的指令则有可能达到15 字节（对于INTEL x86 处理器来说）。
图2-6 处理器指令在内存中的布局
对处理器来说，指令的操作码隐含了如何执行该指令的信息，比如它是做什么的，以及怎么去做。第一条指令的操作码是B8，这表明，该指令是一条传送指令，第一个操作数是寄存器，第二个操作数是直接包含在指令中的，紧跟在操作码之后，可以立即从指令中取得，所以叫做立即数（Immediate Operand）。同时，操作码还直接指出该寄存器是RA。RA 是16 位寄存器，这条指令将按字进行操作。所以，当这条指令执行之后，该指令的操作数（立即数）005DH就被传送到RA 中。
既然操作码中隐含了这么多的信息，那么，处理器就可以“知道”每条指令的长度。这样，当它执行第一条指令B8 5D 00 的时候，就已经知道，这是一个3 字节指令，下一条指令位于3 个字节之后，即内存地址0003H 处。
注意字数据在内存中的存放特点。地址0001H 和0002H 里的内容分别是5D 和00，如果每次读一个字节，则从地址0001H 里读出的是5D，从0002H 里读出的是00。但如果以字的方式来访问地址0001H，读到的就会是005DH。这种差别，跟处理器和内存之间的数据线连接方式有关。对于Intel 处理器来说，如果访问内存中的一个字，那么，它规定高字节位于高地址部分，低字节位于低地址部分，这称为低端字节序（Little Endian）。至于其他公司的处理器，则可能情况正好相反，称为高端字节序。
对于复杂一些的指令来说，1 个字节的操作码可能不会够用。所以，第2 条指令的操作码为8B 1E，它隐含的意思是，这是一条传送指令，第一个操作数是寄存器，而且是RB 寄存器，第二个操作数是内存地址，要传送到RB 寄存器中的数存放在该地址中。同时，这是一个字操作指令，应当从第二个操作数指定的地址中取出一个字。
该指令的操作数部分是3F 00，指定了一个内存地址003FH。它相当于高级语言里的指针，当处理器执行这条指令时，会再次用003FH 作为地址去访问内存，从那里取出一个字（1002H），然后将它传送到寄存器RB。注意，“传送”这个词带有误导性。其实，传送的意思更像是“复制”，传送之后，003FH 单元里的数据还保持原样。
通过这两条指令的比较，很容易分清指令中的“立即数”是什么意思。指令执行和操作的对象是数。如果这个数已经在指令中给出了，不需要再次访问内存，那这个数就是立即数，比如第一条指令中的005DH；相反，如果指令中给出的是地址，真正的数还需要用这个地址访问内存才能得到，那它就不能称为立即数，比如第二条指令中的003FH。
如图2-6 所示，余下的三条指令，旁边都有注解，这里就不再一一解释了。如果一开始内存地址003FH 中存放的是1002H，那么，当所有这些指令执行完后，003FH 里就是最终的结果105FH。
指令和非指令的普通二进制数是一模一样的，在组成内存的电路中，都是一些高低电平的组合。因为处理器是自动按顺序取指令并加以执行的，在指令中混杂了非指令的数据会导致处理器不能正常工作。为此，指令和数据要分开存放，分别位于内存中的不同区域，存放指令的区域叫代码区，存放数据的区域叫数据区。为了让处理器正确识别和执行指令，工程技术人员必须精心安排，并告诉处理器要执行的指令位于内存中的什么位置。
还是那句话，并非每一个二进制数都代表着一条指令。每种处理器在设计的时候，也只能拥有有限的指令，从几十条到几百条不等。一个处理器能够识别的指令的集合，称为该处理器的指令集。
检测点2.2
在内存中，指令和数据一模一样，都是无差别的数。如图2-6 所示，假如处理器访问内存时是按低端字节序的，那么，从地址0008H 处取出一个字时，该字的值为（ ）。