关于芯片指令集、微架构、汇编语言的一些梳理

本文介绍了CPU执行计算任务的基础概念,包括指令集(ISA)的作用及编译过程,详细阐述了x86、ARM、MIPS等指令集的特点,并区分了指令集与微架构的不同之处。此外,还探讨了汇编语言与高级语言的关系及其编译原理。

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CPU执行计算任务时都需要遵从一定的规范,程序在被执行前都需要先翻译为CPU可以理解的语言。这种规范或语言就是指令集(ISA,Instruction Set Architecture)。程序被按照某种指令集的规范翻译为CPU可识别的底层代码的过程叫做编译(compile)。

x86、ARM、MIPS都是指令集的代号

指令集可以被扩展,如x86增加64位支持就有了x86-64。厂商开发兼容某种指令集的CPU需要指令集专利持有者授权,典型例子如Intel授权AMD,使后者可以开发兼容x86指令集的CPU。

CPU的基本组成单元即为核心(core)。多个核心可以同时执行多件计算任务,前提是这些任务没有先后顺序。

核心的实现方式被称为微架构(microarchitecture)。微架构的设计影响核心可以达到的最高频率、核心在一定频率下能执行的运算量、一定工艺水平下核心的能耗水平等等

常见的代号如Haswell(Intel)、Cortex-A15(ARM)等都是微架构的称号。

指令集是CPU可识别的语言,而微架构是指令集的硬件实现。处理器架构和CPU架构是一个比较模糊的概念,它们同时包含了指令集架构和微架构的内容。

指令集架构(ISA Instruction Set Architecture),多了一个架构,或者说成体系。 因此ISA主要描述指令集的元信息,以及一些规范。 比如界定包含的指令,指令的长度规范,操作数的规范,内存模型等等。比起指令集,ISA更加抽象。

ARM公司

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