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CPU架构、指令集、硬编码、汇编之间的关系

LINUX神机营 162

前言:

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上图:

Windows

Linux发行版

PC

服务器

……

手机

pad

……

汇编语言

汇编语言

机器码(硬编码)

机器码

Intel芯片

ARM芯片(飞腾、海思麒麟等)

CISC指令集

RISC指令集

CISC指令架构

RISC指令架构

一、CPU架构与指令集

CPU架构和指令集之间的关系是非常紧密的。CPU架构实际上决定了指令集的设计和实现,而指令集为CPU提供了执行任务所需的基本操作。

CISC和RISC是两种不同的CPU架构审计理念,它们的主要区别在于处理器指令集的复杂性。

CISC架构倾向于使用较少的更复杂的指令,这些指令可能会在一条指令中完成多个操作,如内存访问、算术运算和数据移动等等。CISC架构的典型代表是Intel的x86架构,它的指令集中包含了大量的复杂指令。

相反,RISC架构使用了较多的简单指令,每条指令尽可能只完成一个操作。这样可以使得CPU更容易在一个时钟周期内完成一条指令,提高指令的执行速度。RISC架构的典型代表是ARM和MIPS,它们的指令集设计比较简单。

因此,可以这样理解,CPU结构决定了指令集设计的总体策略,而指令集则是这种策略的具体实现。

二、指令集

指令集是CPU架构的一部分,它定义了CPU所能理解和执行的机器指令的集合。它是硬件和软件之间的接口,可以看作是硬件提供给软件的服务和功能的规范。

指令集定义了如下内容:

机器指令:所有CPU能执行的指令,包括算术运算、数据传输、逻辑操作、流程控制等。数据类型:CPU可以处理的数据类型,包括整数、浮点数、向量等。寄存器:CPU内部可用的寄存器,包括通用寄存器和特殊用途的寄存器。内存模型:如何与内存进行交互,如寻址模式、数据对其规则等。输入输出:如何与外设进行互通,这经常通过一些特殊的指令或者内存映射IO来完成。

RISC和CISC都是指令集设计的理念。在RISC结构中,每条指令尽可能做的事情少且简单,这样可以让CPU在单个时钟周期内完成更多的指令;而在CISC结构中,每条指令可以做更多且更复杂的事情,从而在一定程度上减少了需要的指令的数量。

三、机器码(硬编码)与指令集

机器码与指令集之间的关系也是非常紧密的。机器码是指令集的具体实现,是计算机能直接理解和执行的二进制代码。

指令集是硬件和软件之间的接口,定义了CPU支持的所有指令,包括数据类型、寄存器、内存模型、输入/输出等。它描述了硬件应如何响应每一种指令。

而机器码则是这些指令的具体二进制表示,即“机器语言”。每一个机器码对应指令集的一条指令。当CPU读取到一个机器码,它会根据指令集去解析和执行这个代码。

例如,假设我们有一个非常简单的指令集,只包含两条指令:LOAD和ADD。LOAD用于从内存加载数据到寄存器,ADD用于将两个寄存器的内容相加。我们可以为两条指令分别分配一个机器码,比如,LOAD对应的机器码是"00",ADD对应的是"01"。

那么,在这个例子中,如果CPU读取到一个机器码"00",它就知道需要执行LOAD指令,同理,读取到"01",它知道需要执行ADD指令。

总结:相同CPU、不同OS,汇编不一样,机器码一样

标签: #c语言反汇编mipsand指令