處理器負責從記憶體讀取資料，并利用資料執行加法等處理。訓示執行這些處理的就是“指令”。指令有以下幾種：進行加法的ADD指令，進行乘法的MULT（multiply）指令，以及讀寫記憶體的LOAD指令、STORE指令等。讓我們看看這些指令是怎樣規定的。
指令架構入門前面說過，指令架構詳細地規定了處理器應當支援哪些指令、各個指令應執行什麼操作等。
“架構”這個詞源于建築術語，意思是建築的基本設計，現在被挪用到計算機的基本設計中，表示指令的設計、結構等。
拿汽車打比方，可以把指令架構想象成這樣：發出向右打方向盤的指令，汽車就向右轉；發出踩油門的指令就加速；發出踩刹車的指令就減速。對于汽車來說，這些基本指令是通用的，而汽車大燈、轉向燈（轉向提示器）的操作，以及空調、導航的操作指令，則由各家公司自行設計。
至于處理器的情況，Intel和AMD的x86處理器、PowerPC、SPARC、ARM、MIPS等各處理器的指令系統的應用領域和各指令的位排列順序都不一樣，互相并不相容，是以一個指令架構上的機器語言程式（後面詳細介紹）無法在其他指令架構的處理器上運作。
Intel x86 架構的指令格式圖1.15描述了Intel x86的指令格式。原來Intel/AMD的x86處理器隻能處理8位和16位資料，架構擴充後才支援32位、64位資料。但是，指令中隻有1比特用于區分8位指令還是16位指令，是以該比特被擴充為表示8位/32位切換或8位/64位切換。※ ModR/M為指定寄存器和記憶體的修飾符（ModR/M還有其他功能），SIB可能是Scale、Index、Base的縮寫，不過Intel沒有給出這些詞彙的定義。
圖1.15的“指令”部分為ADD（加法）、MOV（記憶體與寄存器之間資料複制）等（後面會介紹其他指令）1～3位元組長的指令種類。
如果進行運算的兩個操作數（運算的輸入資料）都是寄存器，那麼可以用圖1.15的“指令”欄表示這種情況；如果操作數位于記憶體中，就要用到下一個“ModR/M”欄（1位元組）（圖1.15）。
操作數位于記憶體中時，圖1.15的“SIB”欄（1位元組）可以用來指定位址計算的修飾方法，還可以利用圖1.15的“偏移”欄指定1～4位元組長的位址偏移。
如果不使用寄存器或記憶體，而是将常量作為操作數，就把它的值寫到1～4位元組的“立即數”欄（圖1.15）。
并不是所有指令都有這些欄，不必要的欄位可以省略，是以叫做“可變長指令格式”。指令格式的長度将在第2章介紹。
關于x86 的稱呼Intel處理器的指令架構始于1978年發售的8086處理器。後來，Intel還發行了80186、80286、80386、80486等性能更高的處理器，是以連同後來的Pentium、Core處理器在内，這些處理器統稱為x86。x86處理器的指令架構稱為“x86架構”。
但是Intel對它正式稱為IA-32（Intel Architecture-32），AMD的正式名稱為AMD86架構。
機器指令——處理器的指令計算機使用二進制，處理器的指令也由0和1組成。處理器依次讀取記憶體中儲存的指令，了解指令内容，然後執行指令的處理。這種處理器能夠了解的指令格式稱為“機器指令（Machine Instruction）”。
機器指令有以下幾種：
—進行資料加減乘除的算術運算指令
—進行資料位運算的AND、OR、NOT等邏輯運算指令
—從記憶體讀取資料的加載指令（Load Instruction）等
—向記憶體寫入資料的存儲指令（Store Instruction）等
此外，執行完一條指令後，處理器會讀取下一個位址的指令并執行，但分支指令（Branch Instruction）可以更改下一個要執行的指令。而條件分支指令（Conditional Branch Instruction）可以判斷前面的運算結果是0還是負數，隻有在滿足指定條件時才進行跳轉，不滿足條件時繼續執行下一個位址的指令。
位址空間加載、存儲指令等通路的記憶體都是有位址的。帶有位址的記憶體排列成區間，就像現實世界中的開闊場地一樣，是以把帶有位址的區間整體稱為位址空間。圖1.16為16/32/64位位址空間的示意圖。
20世紀70年代的8位微處理器，通路記憶體時隻能指定16位（0～65535）位址。是以能通路的最大記憶體容量也被限制在64KB之内。也就是說，這些處理器的位址空間是64KB。
可見，記憶體位址的位數與運算器、寄存器的位數大多數情況下是一緻的，但這并不是必需的。例如，第一代x86處理器8086的記憶體位址隻有16位，但加上偏移量（程式的起始位址）後變成20位，就可以通路1MB的位址空間。但是，8086上一個程式能使用的記憶體空間隻有16位，運算器與寄存器也是16位，是以被稱做16位架構。
另外，現在的處理器大都擁有64位運算器和寄存器，但還沒有安裝264位元組記憶體的計算機，是以記憶體位址總線的實際寬度為40～48位左右。不過，這些處理器依然叫做64位架構。是以說，XX位架構并不是太嚴格的定義，根據常理判斷就行了。
32 位位址空間随着計算機安裝的記憶體容量增加，8086的位址指定方式已不能通路所有記憶體。是以，Intel的Pentium處理器和各種RISC處理器都準備了32位運算指令，用32位指定記憶體位址。這些處理器的位址空間是4GB，不過4GB并不是指記憶體空間的大小，而是指這些處理器擁有32位位址空間。
32位位址可以通路4GB的記憶體，但說到底隻是“可以指定4GB位址空間”，并不意味着計算機一定有4GB記憶體空間。事實上，第一個支援32位位址空間的處理器問世當初，計算機的實際記憶體容量不過幾MB而已。而且，當時認為32位位址空間應該很寬裕了，哪知現在的伺服器會安裝16GB以上的記憶體，就連個人計算機也動不動就安裝4GB以上的記憶體，是以32位位址空間明顯不夠用了。
64 位位址空間——AMD86-64 、Intel 6420世紀90年代，RISC處理器（後述）增加了64位運算指令，開始支援64位位址空間。而x86系列中，AMD在2000年先行發表了名為AMD86-64的64位擴充架構，之後Intel也開始支援同一種架構。為了将64位擴充架構與原來的x86架構差別，通常稱它為“x64架構”。
現在的計算機安裝的記憶體達到幾GB甚至數十GB，預計今後還會繼續按照每三年增長四倍的速度發展，那麼64位位址空間也将在40～45年後開始捉襟見肘。在那之前的10年内必須擴充位址空間，是以可以預見，從現在開始30～35年後，即2040—2045年間，就要采用支援128位位址空間的指令架構了。
本文節選自《支撐處理器的技術——永無止境地追求速度的世界》
（美）海撒安藤著；
李劍譯
電子工業出版社出版