申論題

在計算機中，為使 CPU 能完整地執行使用者要求的工作，指令集（Instruction Set）必須包括以下幾類指令：

1. 資料轉移指令（Data Transfer Instructions）

這類指令用於在寄存器、內存和I/O裝置之間傳輸資料。

• MOV：將資料從一個位置移到另一個位置。例如，MOV AX, BX 將 BX 寄存器的內容移到 AX 寄存器。
• LOAD：從內存加載資料到寄存器。例如，LOAD R1, [1000] 將內存地址 1000 的值加載到寄存器 R1。
• STORE：將寄存器中的資料存儲到內存。例如，STORE R1, [1000] 將寄存器 R1 的值存儲到內存地址 1000。

2. 算術指令（Arithmetic Instructions）

這類指令用於執行基本的算術運算，如加法、減法、乘法和除法。

• ADD：加法指令。例如，ADD AX, BX 將 AX 和 BX 的值相加，結果存放在 AX。
• SUB：減法指令。例如，SUB AX, BX 將 AX 減去 BX，結果存放在 AX。
• MUL：乘法指令。例如，MUL BX 將 AX 和 BX 相乘，結果存放在 AX。
• DIV：除法指令。例如，DIV BX 將 AX 除以 BX，商存放在 AX，餘數存放在 DX。

3. 邏輯指令（Logical Instructions）

這類指令用於執行位操作，如按位與、或、異或和非操作。

• AND：按位與。例如，AND AX, BX 將 AX 和 BX 按位與，結果存放在 AX。
• OR：按位或。例如，OR AX, BX 將 AX 和 BX 按位或，結果存放在 AX。
• XOR：按位異或。例如，XOR AX, BX 將 AX 和 BX 按位異或，結果存放在 AX。
• NOT：按位非。例如，NOT AX 將 AX 的每一位取反。

4. 控制指令（Control Instructions）

這類指令用於控制程式的執行流程，包括條件跳轉、無條件跳轉、呼叫子程式和返回。

• JMP：無條件跳轉。例如，JMP 1000 將程式計數器設置為 1000，轉到地址 1000 執行指令。
• JZ 或 JE：條件跳轉，如果零標誌位（ZF）設置，則跳轉。例如，JZ 1000 如果 ZF 為 1，則跳轉到地址 1000。
• CALL：呼叫子程式。例如，CALL 2000 跳轉到地址 2000 執行子程式，返回地址壓入堆疊。
• RET：從子程式返回。例如，RET 從堆疊彈出返回地址，跳回主程式。

5. 比較指令（Comparison Instructions）

這類指令用於比較兩個操作數，並設置狀態標誌位。

• CMP：比較指令。例如，CMP AX, BX 比較 AX 和 BX，設置標誌位（ZF、CF、SF等）以反映比較結果。

6. 位移和旋轉指令（Shift and Rotate Instructions）

這類指令用於移動寄存器中的位元，通常用於快速的乘法或除法運算。

• SHL 或 SAL：算術左移。例如，SHL AX, 1 將 AX 中的位元向左移動 1 位。
• SHR：算術右移。例如，SHR AX, 1 將 AX 中的位元向右移動 1 位。
• ROL：循環左移。例如，ROL AX, 1 將 AX 中的位元循環左移 1 位。
• ROR：循環右移。例如，ROR AX, 1 將 AX 中的位元循環右移 1 位。

7. 特權指令（Privileged Instructions）

這類指令用於執行與系統控制相關的特殊操作，通常只能在內核模式下執行。

• HLT：停止處理器。例如，HLT 停止 CPU 的執行，直到下一個中斷發生。
• IN：從 I/O 端口讀取資料。例如，IN AX, DX 從由 DX 指定的 I/O 端口讀取資料到 AX。
• OUT：將資料寫入 I/O 端口。例如，OUT DX, AX 將 AX 中的資料寫入由 DX 指定的 I/O 端口。

這些指令類別涵蓋了 CPU 執行各種操作所需的基本功能，確保了計算機能夠完成使用者的各種任務。