cpu的指令集究竟存放在哪里？

最新推荐文章于 2025-05-15 13:27:18 发布
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博客探讨了CPU指令集的存放位置，指出网上多数解释不靠谱。以电子产品指令集存于说明书类比，说明CPU指令集是其各个指令的集合，存放在CPU的“说明书”中，而非CPU、寄存器或内存里。

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     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。

      

      不多说。

 

1.CPU体系架构-RISC指令集和CISC指令集
简单同学
03-18 3504
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
CPU指令集存储位置在哪里？
jiangchao3392的专栏
10-11 6043
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；...
CPU 的指令集存放在什么地方？
caokayoung的博客
05-04 431
CPU指令集主要以固化的硬件电路模块和微码的形式存在于CPU中。
Intel系列CPU指令全收录与详解
weixin_28736145的博客
05-15 900
CPU指令集，也称为指令集架构（ISA），是计算机硬件和软件之间的一系列底层指令和操作规范。它定义了CPU能够识别和执行的指令格式、操作数、寻址模式及操作类型等。对于程序开发者而言，指令集的重要性在于它直接决定了代码优化的潜力以及软件运行的效率。
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 3511
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...
是否存在简单指令集？
DelFly
01-11 164
计算理论中有个非常重要的概念，简单语言，只包括三条语句，递增，递减，while循环，可以证明多么复杂的语言和简单语言都是等价的，那么是否也存在一个简单指令集呢？使得多么复杂的指令集都和简单指令集等价？...
CPU指令集
weixin_41490593的博客
09-21 1929
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 2717
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...
单周期mips指令集架构cpu设计（verilog）
05-26
单周期MIPS指令集架构CPU设计是计算机体系结构中的一个重要课题，主要涉及硬件描述语言Verilog的使用。在这个设计中，我们关注的是如何利用Verilog来实现一个能够在单个时钟周期内完成一条MIPS指令处理的CPU。 MIPS...
科达讯飞语音集成出现 couldn't find "libmsc.so" 这个错误
weixin_39413778的博客
10-19 4245
解决方案： 需要在libs 目录下放置： Msc.jar arm64-v8a armeabi-v7a 也就是说 .jar 和 .so 的文件都需要在libs目录下放置 src/main/jniLibs 目录下放置关于 .so的文件 build.gradle 文件中需要进行下面的配置， //配置JNILibs sourceSets { main { ...
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cxis0的博客
12-08 444
不知道原作者是谁，侵删，从百度云盘瞟见有这个文件就记录一下
MIPS指令集：寄存器
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海棠花的博客
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   不同的计算机架构中寄存器的种类和数量也不相同。MIPSmips中用到的寄存器按照功能分为有通用寄存器、协处理器0、浮点寄存器、乘法部件寄存器。通用寄存器共32个，是没有特殊限制，一般程序员可以使用的寄存器。协处理器0寄存器也叫控制寄存器，共32个，用来控制并管理CPU。浮点寄存器和乘法部件寄存器都是专用寄存器。浮点寄存器也叫协处理器1寄存器，共32个，用来存储和浮点计算相关的数据。乘法部件...
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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"
操作系统 --cpu与指令集
moots
08-09 3785
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...
最简单的cpu指令集
最新发布
07-20
<think>我们正在讨论最简单的CPU指令集设计与实现原理。根据引用内容，特别是引用[2]和引用[3]，我们可以构建一个精简指令集（RISC）的设计。引用[3]描述了一个非常简单的指令集，包括8条指令，指令长度有两种（8位短指令和16位长指令），并给出了指令编码和操作说明。 设计一个最简单的CPU指令集，我们可以参考以下原则： 1. 指令数目少（精简指令集思想）。 2. 指令格式简单且固定（如固定长度或两种长度）。 3. 采用LOAD/STORE结构（即只有取数/存数指令可以访问内存，其余指令操作都在寄存器之间进行）。 4. 指令执行周期短（大部分指令在一个机器周期内完成）。 下面我们设计一个简单的指令集，参考引用[3]的8条指令，但为了简单起见，我们可能进一步简化。 ### 指令集设计 假设我们设计一个8位的CPU（数据总线8位），地址总线8位（可寻址256字节）。我们设计两种指令格式：短指令（8位）和长指令（16位）。指令集包含以下基本指令： 1. **NOP** (空操作)：不进行任何操作，仅消耗时间。 2. **LDA** (立即数加载到寄存器)：将指令中的8位立即数加载到指定寄存器。 3. **ADD** (加法)：将两个寄存器中的值相加，结果存回目标寄存器。 4. **STA** (存储到内存)：将寄存器的值存储到内存地址。 5. **JMP** (无条件跳转)：跳转到指定地址执行。 6. **HLT** (停机)：停止CPU运行。 为了简化，我们只使用两个寄存器：A（累加器）和B（通用寄存器）。指令格式如下： #### 短指令格式（8位） ``` [7:6] 操作码 (2位) [5:4] 保留（或寄存器选择，这里我们暂时不用，设为00） [3:0] 操作数（4位立即数或寄存器选择） ``` 由于我们只有两个寄存器，我们可以用1位来选择一个寄存器（0表示A，1表示B）。但为了简单，我们设计为固定操作对象。 #### 长指令格式（16位） 前8位为操作码和寄存器选择，后8位为地址或立即数。 具体指令定义如下： | 指令 | 操作码（二进制） | 指令格式 | 操作说明 | |------|------------------|----------|----------| | NOP | 00 | 8位 | 无操作 | | LDA | 01 | 16位 | 将立即数加载到寄存器A。指令格式：`01xxxxxx`（前8位），后8位为立即数。实际执行：A ← 立即数 | | ADD | 10 | 8位 | 将寄存器B的值加到寄存器A。指令格式：`10xxxxxx`（忽略低6位）。实际执行：A ← A + B | | STA | 11 | 16位 | 将寄存器A的值存储到内存地址。指令格式：`11xxxxxx`（前8位），后8位为地址。实际执行：MEM[地址] ← A | | JMP | 00（但需要区分） | 16位 | 跳转到指定地址。操作码为00，但短指令NOP也是00，所以长指令的操作码部分我们设计为00，但后面跟8位地址，而短指令只有8位。因此，当CPU取到操作码00时，如果后面还有8位（即长指令），则解释为JMP，否则为NOP。实际执行：PC ← 地址 | | HLT | 01（但需要区分） | 8位 | 停机。操作码01在短指令中为LDA（长指令），所以我们需要设计一个操作码空间给HLT。这里我们重新调整操作码分配，将HLT的操作码设为11（短指令）。但这样会与STA冲突。因此，我们需要重新考虑操作码分配。 由于操作码只有2位，最多只能有4条指令，所以我们需要扩展操作码。或者增加操作码位数。我们重新设计指令格式： ### 重新设计指令格式 我们使用3位操作码（引用[3]也是3位），这样就有8种可能。指令格式如下： #### 短指令（8位） ``` [7:5] 操作码 (3位) [4:0] 操作数（寄存器地址或立即数低5位，由于我们只有两个寄存器，所以实际上只需要1位，但为了扩展，我们保留5位） ``` #### 长指令（16位） 前8位：操作码（3位）和寄存器选择（5位），后8位为地址或立即数。 指令集： | 指令 | 操作码（3位） | 指令格式 | 操作说明 | |------|--------------|----------|----------| | NOP | 000 | 8位 | 无操作 | | LDA | 001 | 16位 | 将立即数加载到寄存器A。指令格式：前8位（高3位001，低5位可以是任意值，通常设为0），后8位为立即数。执行：A ← 立即数 | | LDB | 010 | 16位 | 将立即数加载到寄存器B。指令格式：前8位（高3位010，低5位任意），后8位为立即数。执行：B ← 立即数 | | ADD | 011 | 8位 | A ← A + B | | STA | 100 | 16位 | 将A的值存储到内存地址。指令格式：前8位（高3位100，低5位任意），后8位为地址。执行：MEM[地址] ← A | | STB | 101 | 16位 | 将B的值存储到内存地址。指令格式：前8位（高3位101，低5位任意），后8位为地址。执行：MEM[地址] ← B | | JMP | 110 | 16位 | 跳转到指定地址。指令格式：前8位（高3位110，低5位任意），后8位为地址。执行：PC ← 地址 | | HLT | 111 | 8位 | 停机 | ### CPU实现原理 CPU由以下基本部件组成： 1. **程序计数器（PC）**：8位，指向下一条要执行的指令地址。 2. **指令寄存器（IR）**：8位（或16位，用于存放当前指令）。 3. **寄存器A和B**：8位寄存器。 4. **算术逻辑单元（ALU）**：执行加法等操作。 5. **控制单元（CU）**：根据指令操作码生成控制信号。 6. **内存（RAM）**：256字节，用于存储指令和数据。 #### 指令执行过程（以LDA为例） 1. **取指**：根据PC从内存取出指令的第一个字节（8位）到IR。PC+1。 2. **译码**：控制单元解析IR的高3位，判断是LDA（001），并且知道这是长指令，需要再取一个字节（立即数）。 3. **取操作数**：从PC指向的内存地址取出立即数（8位），PC+1。 4. **执行**：将立即数加载到寄存器A。 5. **更新PC**：PC已经指向下一条指令。 #### 指令周期 每个指令周期由几个时钟周期组成（取指、译码、执行等）。简单的指令可能只需要2-3个时钟周期，长指令可能需要更多。 ### 示例程序 假设我们要计算5+7，并将结果存储到内存地址0x10。 1. 用LDA将5加载到A：`00100000`（前8位，操作码001，低5位任意，这里取00000）和`00000101`（5的二进制）。 2. 用LDB将7加载到B：`01000000`和`00000111`。 3. 用ADD：`01100000`（8位指令）。 4. 用STA将A（结果）存储到0x10：`10000000`和`00010000`（0x10）。 5. HLT：`11100000`。 机器码序列（十六进制）： ``` 21 05 // LDA 05h 42 07 // LDB 07h 60 // ADD 80 10 // STA 10h E0 // HLT ``` ### 控制单元设计 控制单元可以采用硬布线逻辑，根据当前指令的操作码和时序信号生成控制信号（如寄存器加载信号、内存读写信号、ALU操作信号等）。 例如，在LDA的执行阶段，控制单元需要产生以下信号： - 将数据总线上的立即数加载到寄存器A的控制信号（LoadA=1）。 ### 总结 最简单的CPU指令集设计通常包括少量基本指令（5-8条），采用固定长度或两种长度的指令格式，并通过LOAD/STORE结构分离内存访问和运算操作[^2][^3]。实现时，CPU通过取指、译码、执行等步骤顺序处理指令，控制单元产生相应的控制信号协调各部件工作。 --- ### §§相关问题§§ 1. 如何设计CPU的时钟电路？ 2. 如何扩展这个指令集以支持更多功能？ 3. CPU流水线技术如何提高指令执行效率？</think>### 最简单的CPU指令集设计与实现原理 最简单的CPU指令集设计遵循**精简指令集（RISC）** 原则，核心思想是：**指令数量少、格式固定、执行高效**。以下是关键设计原理和实现细节： --- #### 一、指令集设计原则 1. **指令精简** - 仅保留最必要的指令（通常 ≤ 8条）[^2][^3] - 避免复杂指令，每条指令在一个时钟周期内完成[^2] - 示例基础指令集： ```markdown NOP ; 空操作 LDA ; 从内存加载数据到寄存器 STO ; 将寄存器数据存到内存 ADD ; 加法运算 JMP ; 跳转指令 HLT ; 停机 ``` 2. **固定指令格式** - 指令长度统一（如8位或16位）[^3] - 典型指令结构： ``` ┌───────────┬────────────┐ │ 操作码(3位) │ 操作数(5位) │ └───────────┴────────────┘ ``` - 高3位：操作码（如 `001` 代表 `LDA`） - 低5位：寄存器地址或立即数[^3] 3. **LOAD/STORE结构** - 只有 `LDA` 和 `STO` 能访问内存，其他指令操作均在寄存器间进行[^2] - 减少内存访问开销，提高执行效率。 --- #### 二、CPU硬件实现原理 ##### 核心组件 1. **程序计数器（PC）** - 存储下一条指令的内存地址 - 每执行一条指令，PC自动增加：$PC \leftarrow PC + 1$ 2. **指令寄存器（IR）** - 存储当前执行的指令 - 将指令拆解为操作码和操作数：$IR = [Opcode | Operand]$ 3. **寄存器文件（Registers）** - 小型高速存储单元（通常4-8个） - 直接参与运算（如加法：$R1 \leftarrow R1 + R2$） 4. **算术逻辑单元（ALU）** - 执行算术运算（如加法） - 输入来自寄存器，输出存回寄存器。 5. **控制单元（CU）** - 解析操作码，生成硬件控制信号 - 例如识别 `ADD` 时，激活ALU的加法电路[^1]。 ##### 执行流程（以 `LDA` 为例） 1. **取指**：从内存 `PC` 地址读取指令 → 存入 `IR` 2. **译码**：拆分 `IR` 高3位为操作码（如 `001=LDA`） 3. **执行**： - 根据操作数读取内存数据 → 存入目标寄存器 4. **更新PC**：$PC \leftarrow PC + 1$ --- #### 三、示例：8位RISC指令集 基于引用[3]设计： | 操作码 | 指令 | 功能 | 指令格式 | |--------|------|--------------------------|----------------| | `000` | NOP | 空操作 | `000xxxxx` | | `001` | LDA | 内存数据 → 寄存器 | `001rrr aaaa` | | `010` | STO | 寄存器数据 → 内存 | `010rrr aaaa` | | `011` | ADD | 寄存器加法：$R1 \leftarrow R1 + R2$ | `011rrr rrr` | | `100` | JMP | 跳转到地址 `aaaa` | `100xxxx aaaa` | | `111` | HLT | 停机 | `111xxxxx` > **说明**： > - `rrr`：3位寄存器地址（支持8个寄存器） > - `aaaa`：8位内存地址 > - 长指令（如 `LDA`）分两次读取：先取操作码+寄存器，再取地址[^3] --- #### 四、关键优势与局限 1. **优势** - **执行高效**：单周期指令，硬布线控制[^2] - **设计简单**：固定格式简化译码逻辑，适合流水线[^3] - **低功耗**：电路复杂度低。 2. **局限** - 程序代码量较大（需多条指令实现复杂功能） - 依赖编译器优化[^2]。 --- ### 总结 最简单的CPU指令集通过**精简指令数量、固定指令格式、分离内存访问与运算**实现高效执行[^2][^3]。其核心是硬件与指令集的协同设计：硬件直接实现基础指令，复杂功能由编译器拆解为多条简单指令。这种设计是嵌入式设备（如电子手表）的常见选择。 --- ###
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