什麼是指令集？

任何 CPU 都是從頭開始設計的，以支持特定的指令集。指令集是 CPU 可以執行的一組硬編碼操作。例如，這些操作可以是將兩個數字相加、跳轉到程序的不同部分或比較兩個值。計算機可以執行的每個操作都由一個操作碼唯一表示。

操作碼

執行程序時，CPU 使用程序計數器來跟踪下一條需要執行的指令。當獲取一條指令時，程序計數器會增加指令的長度，以便它指向下一條指令的開始。每條指令都包含一個操作碼。根據指令，它可能包含也可能不包含操作數。操作數可以是常量值或指向 CPU 寄存器或系統 RAM 中值位置的指針。

一旦獲取了完整的指令，就需要對其進行解碼。這是 CPU 將操作碼和任何操作數分開的過程。解碼後的操作碼用於啟用或禁用 CPU 中將導致正確操作的特定電氣路徑。

一旦指令被解碼，它將被執行。CPU 的��切行為將取決於操作。加法運算會將兩個值相加。跳轉操作將計算跳轉到程序中的位置。比較操作將比較兩個值。NOP 操作將閒置，因為 NOP 代表無操作。

大多數指令隨後將輸出操作結果。此輸出可以轉到處理器寄存器，如果需要，還可以轉到系統 RAM。這些操作中的每一個都需要一個時鐘週期才能完成。

非法操作碼

每個 CPU 架構都有製造商發布的特定操作碼列表。這些操作碼的值不一定是跨平台的，這就是為什麼軟件需要針對不同的架構進行編譯。在某些情況下，製造商還包括未記錄的操作碼。這些被稱為“非法操作碼”。非法操作碼雖然沒有記錄，但每次調用時都會執行相同的功能。但是，作為未記錄和非標準的功能，對 CPU 架構的更新可以簡單地刪除它們。

Apple II 上的一些早期計算機遊戲依賴於特定的非法操作碼。然後他們在後來的 Apple IIc CPU 修訂版中遇到了性能和穩定性問題，因為 IIc 刪除了遊戲所需的非法操作碼。非法操作碼也被版權保護圈用作一種安全方法，通過默默無聞地打擊盜版者破解其內容。一些非法操作碼只是作為調試工具和錯誤處理程序。

x86 指令集包含大量未記錄的非法操作碼。有趣的是，其中一些在 Intel 和 AMD CPU 之間共享，這表明兩家公司都公開知道他們的目的，但沒有記錄。

編譯器和彙編

大多數程序都是用高級語言編寫的。這些相對容易閱讀，通常使用英文單詞或速記來最小化學習曲線。計算機要執行這些程序，就需要對其進行編譯。編譯器基本上是翻譯器。它獲取高級代碼並將其轉換為計算機代碼，即 CPU 可以理解的指令。

在某些語言中，還可以通過先前編譯的程序運行未編譯的代碼，該程序可以動態生成機器代碼。彙編是一種低級編程語言，它使用簡寫形式使開發人員能夠直接查看和控制所執行的操作。NOP 是彙編速記的一個例子。

結論

指令集是 CPU 體系結構可以運行的官方函數列表。它是可以執行的操作的列表。這些操作被硬編碼到 CPU 中，並使用它們各自的操作碼進行調用。

軟件通常使用編譯器將人類可讀的高級代碼翻譯成 CPU 可以讀取的機器代碼。有時，CPU 架構可能有未記錄的操作碼，稱為非法操作碼。非法操作碼在技術上是指令集的一部分。但是，它們可能無法在未來的平台迭代中可靠地提供。不要忘記在下面的評論中留下您的想法。