C66x指令集（一）——指令集架構初探索

最近面試的時候被問到指令集，一頭霧水，由於之前的工作沒有涉及到指令集方面的知識，現總結成文。

定義

指令集架構（英語：Instruction Set Architecture，縮寫為ISA），又稱指令集或指令集體系，是計算機體系結構中與程式設計有關的部分，包含了基本資料型別，指令集，暫存器，定址模式，儲存體系，中斷，異常處理以及外部I/O。指令集架構包含一系列的opcode即操作碼（機器語言），以及由特定處理器執行的基本命令。（wiki定義 ）

關於指令集的工作方式，知乎上有一個回答我覺得還可以，這裡引用一下：
CPU的指令集存放在哪裡？
其內容如下：

比如我們設計一套指令集，其中肯定有條加法指令。比如Add R1 R2 。我們可以認為這條指令的意思是計算暫存器R1中的內容和R2的和，然後把結果存到R1暫存器中。
那麼經過編譯後這條指令會變成二進位制，比如010100010010 。這條二進位制指令一共12位。明顯可以分為三大部分。最前面的0101表示這是條加法指令，後面0001說的是第一個運算元是暫存器1，最後0010說的是第二個數就是暫存器2（其實實際沒有這麼簡單的指令，至少應該區分運算元是暫存器還是直接的資料，但為了把這說的更容易理解作了簡化）。我們可以通過十二根導線把這條指令輸入一個CPU中。導線通電就是1，不通電就是0 。為了敘述方便我們從左到右用A0-A11給這12根導線編上號。
然後計算機會分析這條指令。步驟如下：
最開始的兩根導線A0和A1，第一根有電第二根沒電，就能知道這是一條運算指令（而非儲存器操作或者跳轉等指令）。那麼指令將被送入邏輯運算單元（ALU）去進行計算。其實很簡單。只要這兩根線控制接下來那部分電路開關即可。
接下來的A2和A3，01表示加法，那麼就走加法運算那部分電路，關閉減法等運算電路。
A4-A7將被送入暫存器電路，從中讀取暫存器儲存的值。送到ALU的第一個資料介面電路上。
後面的A8-A11同樣被送入暫存器選擇電路，接通R2暫存器，然後R2就把值送出來，放到ALU的第二個資料介面上。
ALU開始運算，把兩個介面電路上的資料加起來，然後輸出。
最後結果又被送回R1。
基本上簡單的運算計算機就是這麼操作的。他其實不知道你那些指令都是什麼意思。具體的指令程式設計機器碼後就會變成數位電路的開關訊號。其中某幾段會作為控制訊號，控制其他部分的資料走不同的電路以執行運算。他沒有一個地方儲存著如何翻譯這些機器碼的字典，所有機器碼的意義都被體現在整個電路的設計中了。
當然，從彙編到機器碼這步是彙編程式翻譯的。彙編程式當然知道某條指令要翻譯成什麼樣的機器碼。

所以指令集的目的就是為了實現底層操作，為每一種運算，每一種操作（如資料移動）提供相應的暫存器級別的動作，這些暫存器再和最底層的邏輯電路對應，最終完成頂層類似於"int a = 0; a = 1 + 2"的功能。

Reference:
[1] Wiki：指令集架構
[2] 知乎——CPU的指令集放在哪裡？