Как работают инструкции

Вы знаете, что CPU выполняет инструкции одну за другой. Но как CPU узнаёт, какую инструкцию выполнить next? Где хранятся инструкции? И как на самом деле выглядит инструкция?

Инструкции — это числа.

Это фундаментальная истина о компьютерах. Всё является числом. Данные, с которыми вы работаете (например, число 42), являются числом. Адрес, по которому хранятся данные (например, 1000), является числом. И сами инструкции (например, mov, add, cmp) также являются числами.

Когда вы пишете код на языке ассемблера, например mov rax, 5, ассемблер преобразует этот понятный человеку текст в число, которое понимает CPU. Это число называется кодом инструкции.

Где хранятся инструкции?

Инструкции хранятся в памяти так же, как и данные. Для инструкций нет отдельного места. В памяти хранятся и:

• Данные (числа, символы, массивы)
• Инструкции (сама программа)

CPU не знает разницы. Он просто читает всё, что находится по адресу памяти, на который указывает Program Counter. Вы кратко узнали о PC в уроке 0.1. Теперь пришло время точно понять, как он работает.

Счётчик команд (также называемый указателем команд) — это специальный регистр внутри CPU. Его единственная задача — хранить адрес памяти следующей инструкции, которую необходимо выполнить.

Цикл выборки и выполнения:

ЦП бесконечно повторяет следующие три шага:

Простой пример:

Если PC = 1000, CPU:

• извлекает инструкцию по адресу 1000
• выполняет её
• перемещает PC к следующему адресу (1000 + размер инструкции)

Затем это повторяется с новым значением PC.

Как выглядит инструкция:

Каждая инструкция состоит из двух частей:

Некоторые инструкции имеют один операнд (например, inc rax, чтобы прибавить 1). Некоторые имеют два (например, mov rax, 5). Некоторые имеют три (например, add rax, rbx, rcx в некоторых архитектурах).