コンピュータ命令とは何ですか?

コンピューターがオペレーティング システムや Web ブラウザーなどのソフトウェアを実行していることを理解するのは非常に簡単です。ただし、多くのプログラミング言語のいずれかでコードを記述してソフトウェアを開発することは、一般的に知られています。通常、そのコードは、コンピューターが実行できる形式にコンパイルされます。

コンピューターは、Python、C、Java、またはその他のプログラミング言語を理解できません。命令セットの形式で提供される命令が必要です。命令セットは、コンピュータ命令の集まりです。それぞれ、どの操作をどのデータに対して実行するかを詳しく説明します。最も一般的なコンピューターの命令セットは x86 です。具体的には、x86-64 バリアントは AMD64 とも呼ばれます。

命令セットの完全性

コンピュータを操作できるようにするために必要な命令には、主に 4 つのカテゴリがあります。算術、論理、およびシフト命令。システム メモリとレジスタ間でデータを移動する命令。入力命令と出力命令。プログラム制御およびステータス命令。

算術、論理、およびシフト命令により、コンピューターは計算を実行できます。この命令のサブセットは、実際の計算を実行するために使用されます。CPU が操作する必要があるすべてのデータは、RAM に保存されます。CPUがそれにアクセスして操作できるようにするため。ただし、データはプロセッサ レジスタにある必要があります。そのため、RAM とレジスタ間でデータを移動する命令は、パフォーマンスにとって重要です。

コンピューターは多くのことを行いますが、通常は人間とのやり取りがいくつかあります。これらの相互作用をキャプチャして処理することは、コンピューターをインタラクティブに保つために重要です。さらに、コンピュータ コードは 2 つの異なるブランチに分割されることが多く、どちらを取るかを選択する必要があります。これらは分岐命令と呼ばれ、for ループや while ループを含む複雑なプログラミングに必要です。制御命令は、操作が正しい順序で行われるようにするための中核でもあります。

指示とは

命令は、プロセッサが実行できる定義済みの機能です。操作は通常、短い形式の命令名で表示されます。実際の命令は、短いオペコードとしてエンコードされます。多くの操作では、一部のデータに対して操作を実行する必要があります。このデータのアドレス情報はオペランドと呼ばれます。最も基本的な操作は、一般に NOP として知られています。NOPは「ノーオペレーション」の略です。NOP は、CPU に 1 クロック サイクルの間アイドル状態になるように指示するため、それ以上のオペランドは必要ありません。x86 では、NOP は 0x90 としてエンコードされます。

JMP は別の操作です。次の命令を指すプログラム カウンターを調整します。通常、次に実行される命令は、リスト内の次の命令です。ただし、分岐ステートメントに到達した場合、これは両方のケースに当てはまるわけではありません。JMP を使用すると、分岐が一連の命令に前方または後方にジャンプできます。これにより、ソフトウェアが意図したとおりに続行できるようになります。x86 では、JMP は 0xE9…0xEB、0xFF/4、および 0xFF/5 としてエンコードされます。JMP は、正しい次の命令を指すようにプログラム カウンターを更新する必要があるメモリ アドレスを詳述するオペランドを取ります。

結論

機械命令とも呼ばれるコンピューター命令は、命令セットの一部としての単一の命令です。命令は、プロセッサが完了するための正確な操作を詳述します。すべてではありませんが、ほとんどがデータを操作する必要があり、オペランドと共に呼び出されます。これらのオペランドは、操作対象のデータを含むレジスタを指します。