# 1.8 指令和程序（Instructions & Programs）

1.8 指令和程序（Instructions & Programs）

2022-10-02

Table of Contents

## 1.8.1 指令集

指令由「操作码」和「地址码」组成，前者用于说明操作指令，后者则表示操作数据的地址（寄存器或内存地址）。记录指令名称、用法、操作码以及所需 RAM 地址/寄存器位址的表格，称为「指令集」。

![常见指令集\]](/files/2HJpTcrmPUPwGvqrA2QZ)

指令集使得身为硬件的 CPU 是「可编程」（programmable），其可以被软件控制做到硬件本身无法完成的事前，比如下图就是用仅能做加减的 ALU 实现计算余数（e.g. 11 / 5 -> 1）的例子（下图的实现需要多个时钟周期，很低效）。

![除法指令串](/files/gEUu2xgVJWJgXCqHJvaL)

## 1.8.2 指令执行

### JUMP

用于改变指令的顺序，或是跳过一些指令。JUMP 的底层实现方式是将指令后四位代表的内存地址的值覆盖掉「指令地址寄存器」里的值。

![JUMP](/files/W9zCEjAT5bZmfJk8fvRT)

为了避免无限循环（infinite loop）, JUMP 可以设置为有条件的，比如 JUMP NEGATIVE（在 ALU 的负标志位为真 true 时进行 JUMP）、JUMP IF EQUAL（如果相等）、JUMP IF GREATER（如果更大）。

### HALT

用于停止执行指令程序，同时也是区分指令和数据的标志（指令和数据在同一内存中均以二进制进行存储）。

## 1.8.3 指令长度

本例中的 CPU 指令为 8 位，前 4 位为操作码，后 4 位为地址码，至多支持 个操作，远远无法满足需求。现代 CPU 通常使用两种方法来拓展指令长度（the instruction length）：

（1）使用更多位数表示指令，如 32 位或 64 位。

（2）采用「可变指令长度」（variable-length instructions），指令长度任意，但指令读取稍显复杂。以 8-bit 操作码的 CPU 为例，其遇到 HALT 这类无序额外数据的指令会立即执行，遇到 JUMP 这类需要位置值信息的指令（又名「立即值」（Immediate Value））会明白所需位置值在 JUMP 后面。

![Intel 4004 指令集](/files/UOGAwHybUmvRXX5b6W1F)

1971 年 Intel 4004 CPU 发布，这是第一个单芯片 CPU，支持 46 个指令。为了表示更多的内存地址，其使用 8-bit 立即值来执行 JUMP。经多年发展，如今的 Intel i7 已有上千指令和指令变种，指令长度在 1\~15 个字节中变化。


---

# Agent Instructions: Querying This Documentation

If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question.

Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter:

```
GET https://cccs.viyi.cc/1-ji-suan-ji-zu-cheng/1.8-zhi-ling-he-cheng-xu-instructions-programs.md?ask=<question>
```

The question should be specific, self-contained, and written in natural language.
The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation.

Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.