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指令集架构

机器语言是由声明和指令所组成的。在处理结构上，一个特定指令指明了以下几个部分：

用于算术运算，寻址或者控制功能的特定寄存器；

特定存储空间的地址或偏移量；

用于解译操作数的特定寻址模式；

复杂的操作可以借由将简单的指令合并而达成，可以（在冯·诺依曼体系中）连续的执行，也可以藉控制流来执行指令。

指令类型

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有效的指令操作须包含：

数据处理与存储操作

将暂存器的值（在中央处理器作为高速缓存的存储空间）设为固定值；

将数据从存储空间中传送至寄存器，反之亦然。用于将数据取出并执行计算，或者将计算结果予以保存；

从硬体设备读取或写入数据。

算术逻辑单元

对两个储存于暂存器的数字进行add，subtract，multiply，divide,将结果放到一个暂存器内，一个或是更多的状态码可能被设置在状态暂存器（英语：Status register）中；

执行位操作，藉对两组数字（为两串的数字，都由零与一构成，分别储存于两个暂存器内）执行逻辑与和逻辑或，或者对寄存器的每一位执行逻辑非操作；

比较两个寄存器中的数据（例如是大于或者相等）；

控制流

分支，跳跃至程序某地址并执行相应指令；

条件分支，假设某一条件成立，就跳到程序的另一个位置；

间接分支，在跳到另一个位置之前，将现在所执行的指令的下一个指令的位置储存起来，作为子程式执行完返回的地址；

复杂指令

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一些电脑在他们的指令集架构内包含复杂指令。复杂指令包含：

将许多暂存器存成堆叠的形式。

移动记忆体内大笔的资料。

复杂或是浮点数运算（正弦，馀弦，平方根等等）

执行test-and-set指令。

执行数字存在记忆体而非暂存器的运算

有一种复杂指令单指令流多资料流（SIMD），或向量指令，这是一种可以在同一时间对多笔资料进行相同运算的操作。SIMD有能力在短时间内将大笔的向量和矩阵计算完成。SIMD指令使平行计算变得简单，各种SIMD指令集被开发出来，例如MMX，3DNow!以及AltiVec。

指令的组成

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一条指令往往有好几个区块，这些区块包含要做的运算（加或减），可能还包含资料的原始或是目的地位置，以及常数。图中的MIPS“Add Immediate”指令允许使用者选择哪个暂存器是资料来源以及哪一个暂存器是要存运算后的结果，还有一个常数

在传统的架构上，一条指令包含op code，表示运算的方式，以及零个或是更多的运算元，有些像是运算元的数字可能指的是暂存器的编号，还有记忆体位置，或是文字资料。

在超长指令字（VLIW）的结构中，包含了许多微指令，借此将复杂的指令分解为简单的指令。

指令的长度

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指令长度的范围可以说是相当广泛，从微控制器的4 bit，到VLIW系统的数百bit。在个人电脑，大型电脑，超级电脑内的处理器，其内部的指令长度介于8到64 bits（在x86处理器结构内，最长的指令长达15 bytes，等于120 bits）。在一个指令集架构内，不同的指令可能会有不同长度。在一些结构，特别是大部分的精简指令集（RISC），指令是固定的长度，长度对应到结构内一个字的大小。在其他结构，长度则是byte的整数倍或是一个halfword。

设计

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对微处理器而言有两种指令集。第一种是复杂指令集（Complex Instruction Set Computer），拥有许多不同的指令。在1970年代，许多机构，像是IBM，发现有许多指令是不需要的。结果就产生了精简指令集（Reduced Instruction Set Computer），它所包含的指令就比较少。精简的指令集可以提供比较高的速度，使处理器的尺寸缩小，以及较少的电力损耗。然而，比较复杂的指令集较容易使工作更完善，记忆体及缓存的效率较高，以及较为简单的程式码。

一些指令集保留了一个或多个的opcode，以执行系统调用或软体中断。