Como as instruções funcionam

Você sabe que a CPU executa instruções uma por uma. Mas como a CPU sabe qual instrução executar em seguida? Onde as instruções são armazenadas? E como é uma instrução, de fato?

Instruções são números.

Esta é uma verdade fundamental sobre os computadores. Tudo é um número. Os dados com que você trabalha (como o número 42) são um número. O endereço onde os dados ficam (como 1000) é um número. E as próprias instruções (como mov, add, cmp) também são números.

Quando você escreve código assembly como mov rax, 5, o montador converte esse texto legível por humanos em um número que a CPU entende. Esse número é chamado de código de instrução.

Onde as instruções são armazenadas?

As instruções são armazenadas na memória, assim como os dados. Não há um local especial para as instruções. A memória armazena ambos:

• Dados (números, caracteres, arrays)
• Instruções (o próprio programa)

A CPU não sabe a diferença. Ela simplesmente lê o que quer que esteja no endereço de memória apontado pelo Contador de Programa. Você aprendeu brevemente sobre o PC na Lição 0.1. Agora é hora de entender exatamente como ele funciona.

O Contador de Programa (também chamado de Ponteiro de Instrução) é um registrador especial dentro da CPU. Sua única função é armazenar o endereço de memória da próxima instrução a ser executada.

O ciclo de busca e execução:

A CPU repete estas três etapas para sempre:

Exemplo simples:

Se PC = 1000, a CPU:

• Busca a instrução no endereço 1000
• Executa-a
• Move PC para o próximo endereço (1000 + tamanho da instrução)

Então, ele se repete com o novo valor de PC.

Como é uma instrução:

Toda instrução tem duas partes:

Algumas instruções têm um operando (como inc rax para adicionar 1). Algumas têm dois (como mov rax, 5). Algumas têm três (como add rax, rbx, rcx em algumas arquiteturas).