指令到底是什么？機器碼又是什么？

在初學C語言編程的時候，有這么一個概念——程序是由指令構成，若干條指令按照一定的順序排列，來完成某個特定的任務。
我就在想指令到底是什么？

網絡上說：“高級語言被翻譯成匯編指令，匯編指令又被轉換為可執行機器碼。”
那么，匯編指令到底是什么？
匯編里的mov，add，sub，到底是什么？
教材里說匯編指令就是機器碼，那機器碼又是什么？

我們都知道計算機是由硬件電路組成的，而基本的硬件電路，只能完成最簡單的功能。
這肯定不能滿足需求，於是人們把這些基本的硬件電路組合成復雜的電路，來實現復雜的功能。

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假設我們有一塊復雜的電路，它只能完成“加”和“減”兩個功能，這兩個功能是由兩個單獨的部件實現，加法電路和減法電路。
要驅動電路工作，就必須給它一個電信號，加法的電信號與減法的電信號肯定不同。
  因為電路本身沒有智慧，如果信號相同，它無法區別到底使用哪一個部件。
  這兩個不同的信號就能實現兩個不同的功能。
要想實現更多的功能，比如乘法，除法，就往它身上上添加新的硬件電路。
最后添加完成的復雜電路，就叫做微體系結構。
回到當初的問題，指令到底是什么？
指令（機器碼）就是信號，不同的電信號就能驅動不同的硬件，來實現不同的功能。
許許多多各不相同的指令（機器碼），人們給它歸納匯總，就是指令集系統。

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指令就是信號說起來蠻簡單。
機器碼在我們人類看來它就是個二進制數，又怎么變成信號了？
實際上在cpu內部，指令的具體執行還是挺麻煩的。
一條指令通常可以被分成兩個部分：操作碼   地址碼
計算機在執行一條指令的時候，常規步驟如下：
1.  從內存里取出指令；
2.   把該指令放到指令寄存器；
3.  cpu內部有一個硬件電路叫做譯碼器，它就負責把指令寄存器中的指令操作碼進行“翻譯”，翻譯結果交給操作控制器（硬件電路），控制器產生控制信號！
4.  指令寄存器中那條指令的地址碼，被送到地址寄存器；
到了第3步，指令到信號的轉換才真正完成。

所以硬件才是程序能夠運行的基礎。
計算機系統結構就是軟硬件的接口，人們在這個部分設置一系列的規范，硬件的開發者按照規范去實現硬件。
把規范的每一條指令都用邏輯電路去實現。
值得注意的是，每一條指令都有邏輯電路實現，這句話還可以細分。
有些指令它的邏輯電路屬於共用實現，也就是說好幾個邏輯電路配合起來完成該指令，這些邏輯電路也可以是另一條指令的組成部分。
有些指令它的邏輯電路屬於專用實現，比如x86的mmx或sse擴展指令，每一條mmx或sse指令都對應了專用的硬件電路。
很簡單就能想到——指令越多，硬件電路也越多越復雜。
這樣上層依賴於指令的高級語言，才能完成各種功能，如果沒有底層指令支持，程序是無法運行的。
所以在學習過程中，遇到一條指令，“為什么會有這個指令？”，“為什么指令是這個格式？”
諸如此類的問題，那是因為最初在計算機系統結構部分（分析+評測），被人為規定好的！
先有規范，再去實現硬件！
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