《大话处理器》第二章处理器&第三章指令集体系结构 阅读记录

资料来源

(1) 《大话处理器》

1.处理器的硬件模型

(1) 硬连线电路;

(2) 通用计算机模型;

2.处理器的编程模型

(1) 软硬不分:软件的编写直接面向硬件系统,二者紧密耦合;

(2) ISA(Instruction Set Architecture):指令集体系结构,将编程所需要了解的硬件信息从硬件系统中抽象出来,软件人员可以面向ISA进行编程,开发出的软件不经过修改就可以应用在其他ISA架构的系统上;

注1: Intel和AMD的处理器都是基于x86指令集,手机上的程序绝大部分是基于ARM指令集;

3.指令集

3.1 汇编语言,机器语言与编译器

(1) 编译器将汇编语言(一种编程语言,其他的高级编程语言如C/C++/Java等)转换成机器语言;

注1:处理器公司对外发布的指令集手册,就使用汇编语言进行描述;

3.2 指令集的发展

(1) CISC(Complex Instruction Set Computer): 复杂指令集计算机;当下还在使用的最出名的CISC指令集是Intel的x86指令集(Intel的x86架构也开放给了AMD);

注1:CISC架构很难提升性能,后来Intel P6架构将x86指令集先解码为类似RISC指令的微操作,以后的执行过程采用RISC内核,使得性能得到提升;

(2) RISC: 精简指令计算机;ARM、MIPS、Power、DSP等都属于RISC体系,其中MIPS最遵守RISC规则;

3.3 常见指令集与相应处理器公司

3.4 不同指令集处理器的市场与竞争

(1) 处理器主要应用在PC、服务器与嵌入式三大领域;

(2) 服务器领域主要采用x86处理器(x86处理器性能逐渐增强,同时拥有兼容性的优势); PC领域依然是x86的天下,被Intel和AMD垄断; 嵌入式领域则主要被ARM垄断;

(3) x86与ARM在上网本市场上的竞争: Intel推出低功耗处理器配合windows操作系统, ARM阵营的高通、TI等推出基于ARM的处理器配合Android操作系统;

3.5 汇编语言格式

3.5.1 机器字长

(1) 机器字长表示处理器一次处理数据的长度,主要由运算器和寄存器决定;通常数据总线的带宽要高于机器字长,32bit处理器很多采用64bit、128bit的数据带宽;

(2) 目前,嵌入式处理器大都以32位为主,而服务器和PC已经进入64位时代;

 

3.5.2 操作数个数

3.5.3 操作数顺序

3.5.4 大端存储与小端存储

(1) 不同的处理器中,相同的数据在存储器中的存储格式可能不一样,下图展示了数值0x12345678在大端字节序和小端字节序处理器的存储器中的存储形式;

3.5.5 指令类型

(1) 算术逻辑指令;

(2) 控制指令;

(3) 数据传送指令;

注1:数据传送指令中的导入指令将存储器中的数据导入到寄存器中;

注2:数据传送指令中的导出指令将寄存器中的数据导出到存储器中;

3.5.6 寻址方式