指令系统

机器指令是指示计算机执行某种操作的命令。一台计算机的所有指令的集合构成该机的指令系统（指令集）指令系统是指令集体系结构(ISA)中最核心的部分。

ISA规定的内容主要包括：

一条指令通常包括操作码字段和地址码字段两部分

操作码字段	地址码字段
执行什么操作，具有何种功能	给出被操作的信息(指令或数据)的地址

指令字长：一条指令所包含的二进制代码的位数，取决于操作码、地址码的长度和地址码的个数。

与机器字长没有固定关系。
单字长指令：指令长度等于机器字长，只需访存一次就能将指令完整取出
半字长指令：指令长度等于半个机器字长
双字长指令：指令长度等于两个机器字长，需要访存两次才能完整取出，耗费两个存取周期

定长指令字结构：所有指令的长度都是相等的，执行速度快，控制简单

变长指令字结构：各种指令的长度随指令功能而异

由于主存一般是按字节编址的，因此指令字长通常为字节的整数倍

根据指令中操作数地址码数目的不同可分为：

地址位数与寻址关系：
若指令字长为 32位，操作码占8位，1个地址码字段占 24位，则指令操作数的直接寻址范围为 $2^{24}$=16M。若地址码字段均为主存地址，则完成一条一地址指令需要3次访存(取指令1次，取操作数1次，存结果1次)。

定长操作码指令在指令字的最高位部分分配固定的若干位(定长)表示操作码。一般n位操作码字段的指令系统最大能够表示 $2^n$条指令。定长操作码对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度很有利。当计算机字长为32位或更长时，这是常规用法。

扩展操作码

数据传送：传送指令通常有寄存器之间的传送(MOV)、从内存单元读取数据到CPU寄存器从 CPU 寄存器写数据到内存单元(STORE)、进栈操作(PUSH)、出栈操作(POP)等。
算术和逻辑运算：
移位操作：算术移位、逻辑移位、循环移位等
转移操作：无条件转移(JMP)、条件转移(BRANCH)、调用(CALL)、返回(RET)、陷阱(TRAP)等。
输入输出操作

指令的寻址方式

寻找下一条将要执行的指令地址称为指令寻址；寻找本条指令的数据地址称为数据寻址

指令寻址：

顺序寻址：通过程序计数器PC加1（一条指令长度），自动形成下一条指令的地址。

PC自增的大小与编址方式、指令字长有关，现代计算机通常是按字节编址的，若指令字长为 16 位，则 PC自增为(PC)+2（增加两个字节）;若指令字长为 32 位，则PC自增为(PC)+4（增加四个字节）
跳跃寻址：通过转移类指令实现。跳跃是指由本条指令给出下条指令地址的计算方式，而是否跳跃可能受到状态寄存器的控制。

跳跃的方式分为绝对转移(地址码直接指出转移目标地址)和相对转移(地址码指出转移目的地址相对于当前 PC值的偏移量)，由于 CPU 总是根据 PC的内容去主存取指令的，因此转移指令执行的结果是修改PC值，下一条指令仍然通过 PC给出。

数据寻址:
如何在指令中表示一个操作数的地址，或怎样计算出操作数的地址。为区别各种方式，通常在指令字中设置一个寻址特征字段，用来指明属于哪种寻址方式(其位数决定了寻址方式的种类)