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根据指令集结构的设计#xff0c;在CPU上通过硬件电路进行实现#xff0c;就得到了支持该指令集的CPU。

指令集就像是我们编程语言中的接口#xff0c;…指令集架构就像是特定的CPU的设计图纸它规定了这个CPU需要支持那些指令、寄存器有那些状态以及输入输出模型。

根据指令集结构的设计在CPU上通过硬件电路进行实现就得到了支持该指令集的CPU。

指令集就像是我们编程语言中的接口只定义规范和标准不做具体的实现同一个指令集架构可以有多种不同的实现方式但只要是基于同一指令集架构的应用程序可以相互移植。

所以我们上层应用只需要关注CPU的指令集架构即可具体的CPU实现由厂商去关注。

CPU

都以其支持的指令集名称来称呼比如当我们要下载软件时通常关注的就是指令集的名称x86、ARM等但是我们在买电脑时厂商备注的却是酷睿12代、龙芯3C5000、飞腾2000等所以导致有的同学会把龙芯、飞腾、酷睿与x86、ARM搞混。

这里的龙芯、飞腾、酷睿指的是CPU的名称名字可以有CPU的厂商来取。

而x86、ARM则是指令集的名称基本都是由国外最早的几家处理器厂商创造并命名的如x86是美国Intel公司、ARM是英国的ARM公司。

CPU本身只是在块硅晶片上所集成的超大规模的集成电路集成的晶体管数量可达到上亿个是由非常先进复杂的制造工艺制造出来的所以CPU的性能不仅仅受指令集的影响相同的指令集下好的CPU厂商和差的CPU厂商制造出来的CPU性能也是天差地别的如苹果自研的m1芯片使用的就是ARM指令集但其性能吊打很多使用ARM指令集的CPU厂商这个不得不承认。

xin、fei

xin自研了LoongArch指令集。

为何其他厂商都选择走捷径采用的国外的指令集呢指令集的创造真的那么难吗虽然创造一套指令集并不容易但也没有到望而却步的程度真正难的是指令集背后的生态和推广。

就像我自己可以发明一门语言语言本身没什么问题问题是我用自己发明的语言和别人交流谁听得懂呢谁又愿意去学这门语言呢大家都很忙不通用的东西没人愿意花精力去学。

同一段机器指令010001110随便写的)在A指令集下这组机器语言可能表示赋值在B指令集下这组机器语言可能表示循环所以相同一段源代码在不同指令集的编译器下最终呈现的编译结果是不同的虽然都是由01组成的二进制数字但是长短和顺序是不同的所以每个指令集都要有对应的编译器、汇编器、解释器后文暂且统称编译器编译后的汇编语言和机器语言是不能跨指令集使用的。

试想如果要自立门户创造新的指令集那有谁愿意给它写编译器呢这可不是一个小工程他要跟着指令集的迭代而迭代也要自己不断的优化迭代需要大量的人力成本和时间成本。

即使自己完成了编译器要知道每种指令集都有他自己的新特性以及一些特殊指令不然也没必要重复造轮子如果一些软件使用了ARM或者x86的特殊指令一些内嵌汇编语言的软件如jvm的模版解释器就使用了汇编语言那这些软件就要自己修改源代码来适配新的指令集软件的开发程序员自然骂娘。

所以自研指令集并不难难的是如何推广让大家用起来。

这里要再吹一下老大哥long

xinlong

xin发布LoongArch指令集的同时完成了针对GCC、LLVM、GoLang三大编译器的开发完成了针对Java、JavaScript、.NET三大虚拟机的开发使操作系统厂商和应用伙伴可基于long

xin为了能够更好的适应市场也为了避免软件程序员骂娘投入巨大成本完成ARM和x86指令集的二进制翻译工作使运用了ARM和x86特性的软件也不用修改源码即可适配但指令集翻译本身只是过渡的手段为了增加用户群体我相信随着long

xin的独立软件生态逐渐强大指令集翻译就会越来越边缘化成为锦上添花之举。

long

xin的自研指令集也为全面国产化奠定了牢固的基础在此也希望国内更多软件厂商能给与long

至此CPU和指令集的关系已经讲解完毕我们在下载软件时除了要选择指令集之外还要选择32位还是64位如

.x86_32、

*.x86_64我们已经知道了x86代表的是指令集那32位和64位是指什么呢

这里32

位中的“位”就是bit也叫字长是指的是cpu一次能处理的数据的长度也就是寄存器的位数。

这里有一个误区很多人一直认为32位和64位代表的是CPU地址总线引脚的数量因为谈起32位和64位CPU的不同第一个想到的就是寻址空间不同32位CPU最大可以寻址4GB的内存地址64位CPU寻址范围可以远超4GB而地址总线的数量对应着CPU的寻址能力由于32位CPU地址总线引脚是32条每根地址总线的状态只能是高电平或低电平也就是只能是1或0。

所以32位地址总线一共有232种状态每种状态代表一个内存地址每个内存地址为1字节所以232种状态一共可以表示4GB的内存地址所以这个误区坑骗了很多人。

在Intel

80x86中CPU是16位但地址引线却是20条通过将段基址寄存器中段基地址左移4位再加段内偏移地址的方式实现了20位地址寻址所以说32和64指的并不是地址总线的数量。

至于为什么现在CPU不管是32位的还是64位其地址总线引脚数量都等于其位数是因为现在不管是资源还是制造工艺都远胜当年没必要因为几根地址总线再去做段基地址左移这种设计上的妥协不然每次寻址前都要先做一次乘法对CPU的性能还是影响很大的。