《RE4B》读书笔记——第一章CPU简介

第 1 章 CPU简介

　　CPU是执行程序机器码的硬件单元

名词解释：

​　　指令(Instructio):用于控制CPU的指令，CPU受理的底层命令，典型底层命令：操作寄存器数据、操作内存、计算运算等

​　　机器码(Machine Code):通过CPU直接执行的代码，通常一条指令会被翻译成几个字节长度的机器码。

​　　汇编语言(Assembly Language):为了避免机器码难读难记而创造出来的方便程序员编程的语言

​　　CPU寄存器(Register):寄存器是CPU存储数据的特定存储单元，常见的是通用寄存器(General Purpose Registers)，简称GPR。

1.1 指令集架构

​　　目前已存在的指令架构有如下四种：

​　　复杂指令集运算(Complex Instruction Set Computing，CISC) ：X86和X86-64

​　　精简指令集运算(Reduced Instruction Set Computing，RISC)：ARM、MIPS、IBM 的PowerPC、SUN 的 Ultra SPARC

​　　显式并行指令集运算(Explicitly Parallel Instruction Computing，EPIC)

​　　超长指令字指令集运算(VLIW)

​　　目前流行的是CISC、RISC指令集。CISC各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制 简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢；RISC的指令格式统一，种类比较少，寻址方式也比复杂指令集少，它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分执令，大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术，由简单指令合成。

​　　在 x86 的指令集里，各 OpCode（汇编指令对应的机器码）的长度不尽相同。出于兼容性的考虑，后来问世的 64 位 CPU 指令集架构也没有大刀阔斧地摒弃原有指令集架构。很多面向早期 16 位8086 CPU 的指令，不仅被 x86 的指令集继承，而且被当前最新的 CPU 指令集继续沿用。

​　　ARM属于RISC架构，它的指令集在设计之初就力图保持各opcode的长度一致。最初的时候，所有ARM指令的机器码都被封装在 4 个字节里，提高执行效率。但这种模式并不划算。在实际的应用程序中，绝大多数的CPU指令很少用满4个字节。因此又发明了一种长度为2字节的“Thumb模式”指令，Thumb模式和ARM模式指令可以共存。在64为的ARM处理器中，固定使用长度为4个字节的opcode，不支持Thumb模式指令。