此篇为《深入理解计算机系统》第四章内容。
定义一套指令集架构，包括定义不同的状态组件、指令集的编码、一系列编程规范、以及对异常的处理。
(图1 Y86-64指令集)
如图1所示，Y86-64架构只拥有由8字节整数组成的操作数，并有少数寻址模式，以及少量的操作集。图1左边的halt，nop， rrmovq rA, rB是右边编码的汇编表示。
几个细节需要清楚：
在x86-64中(Y86-64是x86-64的子集)，movq(移动)被拆成了4个不同的指令：irmovq，rrmovq，mrmovq，rmmovq，清晰地表示了movq操作的来源和目的。指令的第一个字母表示来源，i代表immediate即立即数，r表示register寄存器，m代表memory内存；第二个字母表示目的，和来源不同，只有r和m能表示目的。分清这四种不同类型的数据传输，对如何实现它们是非常有帮助的。
有4个整数操作指令，即图1中的OPq。它们是addq，subq，andq，xorq。它们只对寄存器数据进行操作。
7个跳转指令，图1中的jXX，jmp，jle，jl，je，jne，jge，jg。
6个条件传送指令，cmovXX：cmovele，cmovl，cmove，cmovne，cmovge，cmovg。
call指令向栈中推入返回地址(return address)，然后跳转到目的地址。ret指令表示从返回地址返回。
pushq和popq，推栈、弹栈。
halt指令表示停止执行指令。
由图1可知，每个指令需要1到10字节不等，由首字节区分不同的指令。首字节分为2部分，每部分4位(bit)：高位表示指令代码(code)，低位表示功能(function)。如图1所示，代码的值从0到0xB。功能的值只在同一组指令共享代码时起作用。
(图2 Y86-64指令集功能的代码)
图2展示了整数操作、分支跳转、条件传送指令的编码。注意rrmovq和条件传送指令(如cmovle)的指令代码相同。你可以把rrmovq当作非条件传送；同样，jmp为非条件跳转；可以看出，rrmovq和jmp的功能码相同都为0(小格：这里的0应该就是非条件的意思)。
(图3 Y86-64程序寄存器标识符)
如图3所示，15个寄存器都有其标识符(register identifier, ID)，从0到0xE。0xF用来表示不需要寄存器。
从图1可以看出，一些指令的长度只有有个字节。其它需要操作数的指令则占用更长字节。首先，可能有附加的字节表示是否需要一个或两个寄存器，即图1中的rA和rB。根据图1左边的汇编代码我们可以看出rA、rB谁表示源，谁表示目的。一些指令如分支跳转、call、则不需要寄存器字节位。而有些只需要一寄存器操作数的指令如irmoq、pushq、popq将另一个寄存器指示符设为0xF。这种约定在处理器的实现中非常有用。
还有一些指令需要额外的8字节常数字(constant word)。这个字可以作为irmovq的立即数、rmmovq和mrmovq的地址偏移符、以及分支跳转和call指令的目的。
和x86-64一样，所有的整数都用小端法编码，在反汇编中字节顺序又返过来。例如，让我们尝试生成下述汇编指令的字节码。
rmmovq %rsp, 0x123456789abcd(%rdx)从图1中我们可以知道，rmmovq头一个字节为40，%rsp编码为rA字段， %rdx编码为rB字段。从图3我们可以得知rArB为42(%rsp 4，%rdx 2)。接着，让我们看看如何处理8字节常数字。我们先用0填满8字节，得到00 01 23 45 67 89 ab cd，将其反转为cd ab 89 67 45 23 01 00。最后拼凑起来得到指令编码为4042cdab896745230100。
指令集一个很重要的特性是，字节编码必须拥有唯一的解释性。什么意思呢？就是说，任意一段字节编码，要么有意义，要么无意义。在Y86-64指令中，每一个指令的首字节位都有唯一的指令代码+功能的组合，拿到这个字节位，我们就可以知道任意附加字节的长度和意义。这个特性保证了处理器能够无二义地执行目标代码程序。即便这段代码嵌入到了程序的其它字节中，只要我们从这个字节编码的第一个字节开始处理，我们还是能弄清这段编码是什么意思。
还是拿上面的指令举例，对于4042cdab896745230100来说，只要我们确定了40，我们就知道这表示rmmovq指令，进而确定还有多少字节需要拿来解释完这个指令。如果我们找到的是89674523010，那对处理器来说，这就是无意义的编码。