8、计算机底层原理与系统架构解析

计算机底层原理与系统架构解析

1. CPU 指令指针与执行控制

CPU 的指令指针与其他寄存器本质上并无不同。就像机器指令能对寄存器 AX 进行加 1 操作一样，也能对指令指针中存储的地址进行加或减操作。给指令指针加 100，CPU 会立即跳过 100 字节的机器指令；从指令指针的地址中减去 100，CPU 则会立即回跳 100 字节。

CPU 还能根据自身工作改变执行流程。它可以依据内存中存储的值，或者几个特殊的单比特 CPU 寄存器（标志位）的状态，决定是否执行给定的指令或指令组。CPU 能计数执行某操作的次数，也能反复执行某操作，并在每次执行时检查是否完成任务。

计算机程序是步骤和测试的序列，CPU 理解的大部分机器指令是步骤，部分是测试。测试总是双向的，选择只有跳转或不跳转。

2. CPU 架构与微架构

市面上有众多不同的 Intel 及兼容的 x86 CPU 芯片，如 8086、8088、Pentium 系列等，还有其他公司（主要是 AMD）设计的兼容芯片，且同一类型 CPU 还有多种变体。

从程序员的角度看，CPU 的灵魂可分为两部分：CPU 做什么和怎么做。我们关注的是 CPU 做什么，而电气工程师和系统设计师需要了解更多关于怎么做的细节。

2.1 架构的演变

CPU 架构会随时间演变，厂商会为产品线添加新指令、寄存器和其他特性，且通常会考虑向后兼容性。Intel 的 x86 产品线从 1978 年的 8086 CPU 开始，一直保持较好的向后兼容性。例如，在一定限制下，为古老的 8086 编写的程序也能在现代的 Pentium Core 2 Quad CPU