计算机指令是控制计算机硬件执行特定操作的二进制编码。指令是指令集（Instruction Set Architecture, ISA）的基本组成部分，不同的计算机架构（如 x86、ARM）具有不同的指令集。每条指令通常包含操作码（Opcode）和操作数（Operands）。
指令的组成
一条计算机指令通常由以下部分组成：
- 操作码（Opcode）：
- 用于指定要执行的操作类型，例如加法、存储、跳转等。
- 不同操作的操作码是唯一的。
- 操作数（Operands）：
- 指令操作所需的数据，可以是立即数（数值常量）、寄存器地址或内存地址。
- 寻址模式（Addressing Mode）：
- 定义操作数的存储方式或访问方式，例如直接寻址、间接寻址、偏移寻址等。
指令的一般格式：
[ 操作码 | 寻址模式 | 操作数1 | 操作数2 | ... ]
示例：
ADD R1, R2, R3 ; 向寄存器 R1 中存储 R2 + R3 的结果
MOV R4, 10 ; 将立即数 10 存储到寄存器 R4
指令的分类
根据功能，计算机指令可分为以下几类：
数据传输指令
- 用于在寄存器、内存和 I/O 设备之间传输数据。
- 示例：
MOV R1, R2：将寄存器 R2 的值复制到 R1。LOAD R1, [1000]：将内存地址 1000 的值加载到 R1。STORE R1, [2000]：将 R1 的值存储到内存地址 2000。
算术运算指令
- 执行基本算术操作（加减乘除等）。
- 示例：
ADD R1, R2, R3：将 R2 和 R3 的值相加，结果存入 R1。SUB R1, R2, R3：将 R2 减去 R3 的值，结果存入 R1。MUL R1, R2：将 R1 和 R2 相乘，结果存入 R1。
逻辑运算指令
- 执行按位运算或逻辑操作（与、或、非、异或等）。
- 示例：
AND R1, R2, R3：R2 和 R3 按位与，结果存入 R1。OR R1, R2, R3：R2 和 R3 按位或，结果存入 R1。XOR R1, R2：R1 和 R2 按位异或，结果存入 R1。
转移控制指令
- 改变程序的执行顺序，实现条件跳转、循环和子程序调用。
- 示例：
JMP address：无条件跳转到指定地址。JE address：如果标志寄存器指示条件满足（如相等），跳转到指定地址。CALL address：跳转到子程序地址，并保存返回地址。
输入/输出指令
- 控制外部设备与计算机之间的数据交互。
- 示例：
IN R1, PORT：从 I/O 端口读入数据到寄存器 R1。OUT PORT, R1：将 R1 的数据输出到 I/O 端口。
特殊指令
- 包括系统管理指令和其他特殊用途的指令。
- 示例：
NOP：无操作，占用一个时钟周期。HLT：停止 CPU 执行，进入空闲状态。INT：触发中断。
指令的长度
指令的长度通常依赖于 CPU 的架构，可以是固定长度或可变长度。
- 固定长度指令：
- 每条指令的长度相同，易于解码。
- 常见于 RISC（精简指令集计算）架构，如 ARM 和 MIPS。
- 示例：32 位长度的 MIPS 指令。
- 可变长度指令：
- 指令长度随功能不同而变化，更灵活，但解码复杂。
- 常见于 CISC（复杂指令集计算）架构，如 x86。
- 示例：x86 指令可以是 1 字节到 15 字节。
指令寻址模式
寻址模式决定了指令操作数的访问方式。主要寻址模式包括：
- 立即寻址：
- 操作数直接包含在指令中。
- 示例：
MOV R1, #10（将立即数 10 移动到 R1）。
- 寄存器寻址：
- 操作数存储在寄存器中。
- 示例：
ADD R1, R2, R3（R2 + R3，结果存入 R1）。
- 直接寻址：
- 操作数的地址直接给出。
- 示例：
LOAD R1, [1000]（从地址 1000 加载数据到 R1）。
- 间接寻址：
- 操作数的地址存储在寄存器或内存中。
- 示例：
LOAD R1, [R2]（使用 R2 的值作为地址加载数据到 R1）。
- 偏移寻址（基址+偏移量）：
- 使用寄存器的值加上偏移量计算操作数地址。
- 示例：
LOAD R1, [R2+4]。
- 堆栈寻址：
- 操作数从堆栈中取出或存入堆栈。
- 示例：
PUSH R1、POP R1。
指令集架构的类型
RISC（精简指令集计算）：
- 指令长度固定，寻址模式少。
- 每条指令完成一个基本操作。
- 示例：ARM、MIPS。
CISC（复杂指令集计算）：
- 指令长度可变，指令种类丰富。
- 一条指令可能执行多个操作。
- 示例：x86、VAX。
示例程序（汇编语言）
x86 汇编语言中的简单程序：
section .data
num1 db 10 ; 定义一个数据，值为10
num2 db 20 ; 定义另一个数据，值为20
result db 0 ; 用于存储结果
section .text
global _start
_start:
mov al, [num1] ; 将 num1 的值加载到 AL 寄存器
add al, [num2] ; 将 num2 的值加到 AL 寄存器
mov [result], al ; 将结果存储到 result 中
mov eax, 60 ; 系统调用：exit
xor edi, edi ; 退出状态为 0
syscall
总结
计算机指令是计算机执行任务的基本单元，通过不同类型的指令和寻址模式，指令集提供了灵活的硬件控制能力。