CPU 的指令集存放在什么地方？

原创 于 2025-05-04 22:13:06 发布 · 505 阅读 · 1 ·
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#科技 #人工智能 #嵌入式硬件 #硬件架构 #计算机视觉 #硬件工程 #机器学习

CPU指令集主要以两种形态存在于CPU中：
一是固化的硬件电路模块，类似于逻辑门、加法器、减法器、解码器等等，多组相对固定的电路。指令经过这些电路运算后，得到符合一定规则的结果；
二是以微码的形式存在于CPU内部存储器中，程序的复杂指令会被拆解成多段微码再执行。再按一定的规则处理其结果，为类微码还可以通过特定方式更新升级。
更多与CPU相关的硬件知识，以及其他计算机硬件知识，请参阅《工业计算机硬件技术支持手册》。网上有很多该书内容简介。
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《工业计算机硬件技术支持手册》内容简介
如何在个人电脑本地部署Deepseek大模型？Windows10 + Ollama+Deepseek+ChatBox
如何用GHOST还原硬盘或分区？GHOST操作指南（二）
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USB Type-C是不是全方位优于其他USB接口？

1.CPU体系架构-RISC指令集和CISC指令集
简单同学
03-18 3586
最近一直比较疑惑，RISC指令集以及CISC指令集区别在哪些方面呢？趁机也就补充了相关资料，进行了一些总结。 目前CISC（复杂指令集）的代表为X86（CISC），RISC（精简指令集）的代表为ARM、MIPS（RISC）还有新兴的RISCV指令集架构。 很长一段时间，我关于处理器的相关知识，都是大学课程《微机系统原理》中的8086，甚至不涉及到x86处理器。在实际项目或者工作中，更多的却是ARM/MIPS等处理器。所以工作过程中，难免疑惑不解，张冠李戴。为什么很多基本知识在面对ARM和MIPS时不再适
浅谈RISC CPU（精简指令集处理器）
首席技术总监的专栏
10-24 9013
目前的处理器中，一般分为CISC和RISC两大系列，CISC（复杂指令集处理器）中常用的指令集只占源代码的20%，剩余的80%不常用。 为了改变这种不合理，出现了RISC即精简指令集处理器。其通道中只包含最有用的指令，确保数据通道快速执行每一条指令，使CPU硬件结构设计变得更为简单，尽量使用单周期指令，便于流水线操作执行。 今天我们再深入的聊一聊RISC CPU，那么首先什么是CPU？ CPU是什么 CPU是Central Processing Unit（中央处理单元）的缩写，被称为计算机的大脑。首
cpu的指令集究竟存放在哪里？
认知 行动 坚持
05-02 8259
cpu的指令集究竟存放在哪里？ 看了网上的一些解释，多数是lobster drag egg(虾扯蛋) 指令集，就是指令的集合，以某电子产品为例， 该产品的指令集存放在说明书中： cpu的指令集也类似， cpu的指令集就是cpu各个指令的集合， 存放在cpu的说明书中。 而不是存放在cpu中，也不是存放在寄存器中，更不是存放在内存中。 ...
CPU指令集存储位置在哪里？
jiangchao3392的专栏
10-11 6128
首先，CPU指令集是在CPU设计时固化在里面的“硬程序”，整合在CPU内部的逻辑电路中，不是什么代码，也谈不上“存储”。所以我们在CPU里是不可能找到“指令集”的实体的，如果非要具象化，那它就是“汇编语言”转换到“机器码”（相当于一个翻译过程）+CPU执行机器码的晶体管和逻辑电路的集合。 CPU指令集与CPU的架构息息相关，我们常见的有英特尔和AMD为代表的X86体系，大量用于电脑和服务器；...
指令集是怎么放到芯片里的_让CPU更高效 扩展指令集那点事
weixin_39710396的博客
12-03 3553
在CPU的一代一代“进化”中，除了频率、缓存乃至核心结构的变化外，有一个不太起眼的升级经常会被小伙伴们忽略，就是“扩展指令集”。指令集很多小伙伴大概耳熟，它就是指挥CPU工作的指令。不过扩展指令集又是什么？对我们使用有什么影响呢？用一个简单的例子来说，如果说指令集是让CPU理解“9×9就是9个9连加”这种基本常识并进行计算的话，扩展指令集就可以看做是乘法口诀表、开方查询表一类的东西，可以大幅提升效...
CPU指令集
weixin_41490593的博客
09-21 1985
CPU指令集是CPU厂家设计CPU的时候规定的,程序员根据这个CPU的指令集写程序 举个例子: 比如某厂家设计了一个CPU,指令集有(吃饭,睡觉,看电视),当程序员拿到这三个指令时,编写一个程序,只能让CPU做这三件事,其他的都不会. 后来CPU设计也增加了指令集,除了(吃饭,睡觉,看电视)外,还可以(做饭,洗衣服,炒菜),那么这时,程序员写程序让CPU干的事情就多了起来 ...
CPU 指令集架构 复杂指令集架构（CISC）和精简指令集架构（RISC） ARM、MIPS、RISC-V和Alpha 指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA）
万有文的博客
04-22 2952
我们深入了解了CPU的核心功能和其在各种应用场景中的重要性。CPU作为计算机系统的核心组件，通过执行指令集来驱动和控制整个计算过程。它不仅能够处理各种复杂的运算任务，还能够管理内存、控制硬件设备，并与其他处理器协同工作以实现更高效的计算性能。我们详细探讨了指令集在计算机中的作用，以及不同指令集架构（如CISC和RISC）的特点和优劣。指令集作为硬件和软件之间的接口，使得我们可以使用更高层次的抽象语言来编写程序，而不必直接操作硬件。CISC架构提供了丰富的指令集，但可能导致硬件设计复杂和功耗较高；
基于MIPS指令集的32位CPU设计与Verilog语言实现_多周期CPU
11-22
在计算机硬件设计领域，MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种广泛使用的精简指令集计算机（RISC）架构。MIPS指令集被设计为高效、高性能，适合用于嵌入式系统和服务器等应用。本项目是...
武大课设基于RISC-V指令集的五级流水线CPU设计项目.zip
04-23
在当前的计算机体系结构领域中，RISC-V指令集由于其开放性、可扩展性以及灵活性，在教育和研究中被广泛采用。本项目是由武汉大学计算机系统综合设计课程的学生开发的，目的是设计并实现一款基于RISC-V指令集的五级...
CPU指令集是什么东西
yu132563的专栏
02-16 1万+
(已更正) 这个问题包括CPU的硬件结构和汇编语言的范畴. 这里梳理一下. 首先, 题主"李建国"自问自答的部分说的是正确的, CPU的指令集是软件与CPU这两个层级之间的接口, 而CPU自己, 就是对于这一套CPU指令集的"实例化". 无论处于上层的软件多么的高级, 想要在CPU执行, 就必须被翻译成"机器码", 翻译这个工作由编译器来执行. 编译器在这个过程中, 要经过"编译"
关于CPU、指令集、架构、芯片的一些科普
JIA_GUOQIANG的博客
10-13 1万+
作者：王强 链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/19893066 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。 随着智能设备的广泛普及，这几年媒体上越来越多的出现关于“架构”“ARM vs x86”“芯片研发”的相关内容。很多消费者和爱好者面对这些以往不太常见的信息时就会迷惑甚至产生误解。其中一组比较容易被混淆的概念就是C
操作系统 --cpu与指令集
moots
08-09 3811
计算机这个黑箱子   计算机展示在我们面前就是一个黑箱子，我们给出声明式的指示（点击键盘、点击鼠标）它就可以做出一系列复杂的响应并给出相应的结果。计算机在短短的几毫秒内发生了什么神奇的事情，始终像是蒙了一层层的纱布，看不清。如何将这个巨大的机器怪物剖析开来，了解它的内部细节？ cpu大观   计算机的cpu初步看是这样   一眼看上去是不是也没什么稀奇?而内部确实大有玄机，世界上第一个商用微处理...
操作系统与CPU的指令集的关系是怎样的？
热门推荐
明明
03-19 1万+
正好在做相关的项目，就把知道的说说，程序猿的一大特点就是说话不利索，将就着看。 CPU指令集 取决于 CPU的体系架构，目前主流的就是两类，ARM 和 X86，其他的也有，当然非主流。 指令集上有啥不一样呢，小例子，ARM 体系的寄存器叫做 R1，R2，R3。。。 X86 体系的寄存器叫做EAX， EBX，ECX。。。 好了，再扯到操作系统上，程序猿心中的圣杯---LINUX，很大的一
基于栈（内存中）的指令集与基于寄存器（CPU中）的指令集
Iamthedoctor123的博客
11-24 1905
Java编译器输出的指令流，基本上是一种基于栈的指令集架构（Instruction Set Architecture,ISA）,指令流中的指令大部分都是零地址指令，它们依赖操作数栈进行工作。与之对应的另一套常用的指令集架构是基于寄存器的指令集，最典型的就是x86的二进制指令集，说的通俗一点，就是现在我们主流PC机中直接支持的指令集架构，这些指令依赖寄存器工作。 使用"基本上"，是因为部分字节码会带...
执行存放在的数据区的机器指令的方法
chenyujing1234的专栏
04-23 3253
转载请标明是引用于 http://blog.youkuaiyun.com/chenyujing1234 编译工具:VS2005   最近在论坛上看到这个主题，想对此做些总结。   基本知识： 1. 在32bit flat模式，Windows对代码section是有保护的，一般不允许修改，对于数据section,可读可写可执行。所以执行数据section的代码是没有问题的，代码section和数据s
机器指令-微指令存储&相关基本概念
weixin_41844915的博客
06-10 5909
机器指令   存储位置：一般在主存中   指令格式：操作码+地址码   操作码---分为长度固定和长度可变   地址码---分为寻址地址+形式地址（指令中显示出来的地址，指明了操作数的位置。可以经过某种计算变成有效地址，也就是操作数的真实地址）ps：存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器（简称内存）。内存又称主存，是CPU能直接寻址的存储空间，由半导体器件制成。...
c语言怎么建模CPU指令集
最新发布
09-21
<think> 我们正在讨论如何使用C语言建模CPU指令集。根据引用[2]，指令集是CPU支持的基本指令的集合，这些指令通过组合可以实现复杂的运算。因此，建模CPU指令集的核心在于用C语言模拟这些基本指令的执行。 步骤： 1. 定义指令集：首先需要确定要模拟的CPU指令集包含哪些指令。例如，一个简单的指令集可能包括：加法（ADD）、减法（SUB）、与（AND）、或（OR）、非（NOT）、移位（SHIFT）、跳转（JUMP）等。 2. 定义CPU状态：包括寄存器、内存、程序计数器（PC）等。我们可以用结构体来表示CPU的状态。 3. 实现指令执行函数：为每一条指令编写一个C函数，该函数根据指令的操作码和操作数执行相应的操作，并更新CPU的状态（如寄存器值、内存值、程序计数器等）。 4. 指令解码：从内存中读取指令，然后根据指令的格式（操作码、操作数）调用相应的指令执行函数。 5. 主循环：模拟CPU的工作循环：取指令->解码->执行，然后更新程序计数器，循环直到结束。 下面是一个简化的示例，我们将模拟一个非常简单的CPU，它只有几个寄存器和几条基本指令。 假设我们的CPU有4个通用寄存器（R0-R3），一个程序计数器（PC），以及一个内存（内存中存放指令和数据）。指令集包括： - MOV：将立即数移动到寄存器 - ADD：两个寄存器相加，结果存到第一个寄存器 - SUB：两个寄存器相减，结果存到第一个寄存器 - JMP：无条件跳转 指令格式（假设每条指令都是16位）： - MOV: 高4位为操作码（0001），接下来2位是目标寄存器，低10位是立即数（有符号）。 - ADD: 高4位（0010），接下来2位是目标寄存器，再2位是源寄存器1，再2位是源寄存器2，其余位未用。 - 类似地定义其他指令。 由于时间有限，我们简化指令格式，实际中可能需要更详细的编码。 代码结构如下： 1. 定义CPU结构体 2. 初始化CPU 3. 实现指令函数 4. 实现取指令和解码 5. 主循环 示例代码： ```c #include <stdio.h> #include <stdint.h> // 定义CPU状态 typedef struct { int32_t reg[4]; // 4个通用寄存器 uint16_t pc; // 程序计数器 uint16_t memory[65536]; // 64K内存（按16位字编址） } CPU; // 操作码定义 #define MOV 0x1 #define ADD 0x2 #define SUB 0x3 #define JMP 0x4 // 初始化CPU void init_cpu(CPU *cpu) { for (int i = 0; i < 4; i++) { cpu->reg[i] = 0; } cpu->pc = 0; // 可以在这里初始化内存，例如将程序加载到内存 } // 执行MOV指令 void mov(CPU *cpu, uint16_t instr) { // 指令格式：0001 rr iiii iiii iiii (rr:2位寄存器号，iiii...:10位立即数) int reg_index = (instr >> 10) & 0x3; // 取第10-11位（0-based，从最高位开始算，这里最高4位是操作码，所以接下来2位） int16_t imm = instr & 0x03FF; // 取低10位（注意，这里立即数是有符号的，所以需要符号扩展） // 符号扩展：如果第9位是1（即负数），则扩展为16位负数 if (imm & 0x0200) { imm |= 0xFC00; // 符号扩展（因为10位立即数，最高位是符号位，扩展成16位） } cpu->reg[reg_index] = imm; cpu->pc++; // 指向下一条指令（每条指令占1个内存位置） } // 执行ADD指令 void add(CPU *cpu, uint16_t instr) { // 指令格式：0010 rrdd ss （rr:目标寄存器，dd:源寄存器1，ss:源寄存器2） int dest_reg = (instr >> 10) & 0x3; int src_reg1 = (instr >> 8) & 0x3; int src_reg2 = (instr >> 6) & 0x3; cpu->reg[dest_reg] = cpu->reg[src_reg1] + cpu->reg[src_reg2]; cpu->pc++; } // 其他指令类似实现... // 解码并执行指令 void execute(CPU *cpu) { // 从内存中取出当前pc指向的指令 uint16_t instr = cpu->memory[cpu->pc]; // 提取操作码（高4位） uint8_t opcode = (instr >> 12) & 0xF; switch (opcode) { case MOV: mov(cpu, instr); break; case ADD: add(cpu, instr); break; // 其他指令... default: printf("Unknown instruction: %04X\n", instr); cpu->pc++; // 跳过未知指令（或者可以选择停止） break; } } int main() { CPU cpu; init_cpu(&cpu); // 示例：将一段程序加载到内存（MOV R0, 10; MOV R1, 20; ADD R0, R1, R0? 这里我们只写第一条指令） // 第一条指令：MOV R0, 10 -> 操作码0001，寄存器00（即R0），立即数10（0000001010） // 二进制：0001 00 0000001010 -> 十六进制：0x100A cpu.memory[0] = 0x100A; // 指令MOV R0, 10 // 循环执行指令，直到程序结束（这里我们只执行一条指令作为演示） execute(&cpu); // 打印寄存器R0的值 printf("R0 = %d\n", cpu.reg[0]); return 0; } ``` 注意：上述代码是一个极简的示例，实际建模CPU指令集需要更完整的指令集定义、内存管理、异常处理等。 相关问题： 1. 如何扩展这个模型以支持更复杂的指令集（如x86）？ 2. 如何使用C语言模拟流水线处理？ 3. 如何在这个模型中加入中断机制？ 4. 如何测试这个CPU模型？ </think> ### 使用C语言建模CPU指令集的方法 在C语言中建模CPU指令集的核心思路是**模拟处理器底层行为**，包括指令解码、寄存器操作和执行流程。以下是具体实现方法： #### 1. **定义指令集结构** ```c typedef struct { uint8_t opcode; // 操作码（如ADD/MOV） uint8_t operands[3];// 操作数（寄存器/立即数地址） uint32_t imm_val; // 立即数值 } Instruction; ``` - 操作码映射指令类型（引用[2]中基础指令思想） - 操作数描述寄存器索引或内存地址 #### 2. **构建CPU状态模型** ```c typedef struct { uint32_t reg[16]; // 通用寄存器组 uint32_t pc; // 程序计数器 uint8_t *memory; // 内存空间 Instruction *instr_mem;// 指令存储器 } CPU_State; ``` - 寄存器组模拟物理寄存器（如R0-R15） - 内存空间通过动态数组实现 #### 3. **实现指令解码器** ```c void decode_instruction(CPU_State *cpu) { uint32_t raw_instr = read_memory(cpu->pc); cpu->current_instr.opcode = (raw_instr >> 24) & 0xFF; cpu->current_instr.operands[0] = (raw_instr >> 16) & 0xFF; // ... 其他操作数解码 } ``` - 从内存提取机器码并分解字段 - 参考引用[3]的指令控制字思想 #### 4. **指令执行引擎** ```c void execute_instruction(CPU_State *cpu) { switch(cpu->current_instr.opcode) { case OP_ADD: // 加法指令 cpu->reg[dest] = cpu->reg[src1] + cpu->reg[src2]; break; case OP_LOAD: // 加载指令 cpu->reg[dest] = read_memory(cpu->current_instr.imm_val); break; // ... 其他指令实现 } cpu->pc += INSTR_SIZE; // 更新程序计数器 } ``` - 每个case对应一种指令操作 - 支持基础运算（引用[2]）和SIMD扩展（引用[1]） #### 5. **主循环仿真** ```c void cpu_run(CPU_State *cpu) { while(!halt_condition) { fetch_instruction(cpu); // 取指 decode_instruction(cpu); // 解码 execute_instruction(cpu);// 执行 } } ``` - 经典取指-解码-执行循环 - 支持中断插入和调试断点 #### 验证环境建议 - 在Linux下使用GCC编译（引用Windows环境配置差异[^4]） - 通过单元测试验证指令行为 - 使用QEMU或GDB进行联合调试 > **关键优化点**： > - 引入流水线模拟（增加阶段寄存器） > - 添加缓存层次建模 > - 支持SIMD指令扩展（引用[1]的浮点指令集） > - 实现中断控制器和异常处理
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