6、计算机硬件架构深度解析

计算机硬件架构深度解析

1. CISC与RISC架构对比

在计算机领域，精简指令集计算机（RISC）和复杂指令集计算机（CISC）是两种重要的指令集架构（ISA）。当对比底层编译器生成的代码时，会发现RISC处理器执行相同操作需要更多指令，代码大小也更大。不过，由于RISC的每条指令仅需一个时钟周期完成，所以使用这两种架构执行整个操作所需的时钟周期数相同。

CISC和RISC各有优势，如今在跨架构设计中，很多处理器会融合RISC和CISC的特性。经典的CISC处理器有x86架构和Motorola 68xxx；RISC架构的例子包括ARM、RISC - V和PowerPC。

2. 微架构概述

微架构用于解释指令集架构（ISA）在特定处理器中的实现方式。指令集就像是计算机编程语言的词汇表，而微架构确保处理器内部的不同组件相互连接，以实现这些指令。具体的组件，如寄存器、内存、算术逻辑单元（ALU）、执行单元（EU）等，组合形成了微架构。

CPU的整体操作可以分为以下几个迭代循环：
1. 从内存（或I/O）中获取指令。
2. 解码指令。
3. 找到指令所需的相关数据。
4. 执行指令。
5. 存储结果。

指令循环的内部机制需要多个硬件模块，这些模块对于定义任何CPU架构的微架构至关重要。下面以基本的x86微架构为例，详细介绍这些硬件模块。

3. 8086微架构

8086和8088微处理器属于第一代8086微架构。8086是16位处理器，意味着它可以一次以字或字节格式从内存和I/O读取或写入数据。8086处理器的内部架构分为两个单元：