第2章　指令系统

2.1　指令系统简介

随着技术的进步，计算机的形态产生了巨大的变化，从巨型机到小型机到个人电脑（Personal Computer，简称PC）再到智能手机，其基础元件从电子管到晶体管再到超大规模集成电路。虽然计算机的形态和应用场合千变万化，但从用户感知的应用软件到底层的物理载体，计算机系统均呈现出层次化的结构，图2.1直观地展示了这些层次。

图2.1　计算机系统的层次

从上到下，计算机系统可分为四个层次，分别为应用软件、基础软件、硬件电路和物理载体。软件以指令形式运行在CPU硬件上，而指令系统介于软件和硬件之间，是软硬件交互的界面，有着非常关键的作用。软硬件本身的更新迭代速度很快，而指令系统则可以保持较长时间的稳定。有了稳定不变的指令系统界面，软件与硬件得到有效的隔离，并行发展。遵循同一指令系统的硬件可以运行为该指令系统设计的各种软件，比如X86计算机既可运行最新软件，也可运行30年前的软件；反之，为一个指令系统设计的软件可以运行在兼容这一指令系统的不同的硬件实现上，例如同样的操作系统和应用软件在AMD与Intel的CPU上都可以运行。

指令系统包括对指令功能、运行时环境（如存储管理机制和运行级别控制）等内容的定义，涉及软硬件交互的各个方面内容，这些内容将在后续章节一一展开介绍。