指令集

指令集架构

指令集架构 是计算机的抽象模型,在很多时候也被称作架构或者计算机架构,它其实是计算机软件和硬件之间的接口和桥梁;一个为特定指令集架构编写的应用程序能够运行在所有支持这种指令集架构的机器上,也就说如果当前应用程序支持 x86_64 的指令集,那么就可以运行在所有使用 x86_64 指令集的机器上,这其实就是分层的作用,每一个指令集架构都定义了支持的数据结构、主内存和寄存器、类似内存一致和地址模型的语义、支持的指令集和 IO 模型,它的引入其实就在软件和硬件之间引入了一个抽象层,让同一个二进制文件能够在不同版本的硬件上运行。

如果一个编程语言想要在所有的机器上运行,它就可以将中间代码转换成使用不同指令集架构的机器码,这可比为不同硬件单独移植要简单的太多了。在命令行中输入 uname -m 就能够获得当前机器上硬件的信息:

$ uname -m
x86_64

x86_64 是目前比较常见的指令集架构之一,除了 x86_64 之外,还包含其他类型的指令集架构,例如 amd64、arm64 以及 mips 等等,不同的处理器使用了大不相同的机器语言,所以很多编程语言为了在不同的机器上运行需要将源代码根据架构翻译成不同的机器代码。

指令集分类

复杂指令集计算机(CISC)和精简指令集计算机(RISC)是目前的两种 CPU 区别,它们的在设计理念上会有一些不同,从名字我们就能看出来这两种不同的设计有什么区别,复杂指令集通过增加指令的数量减少需要执行的质量数,而精简指令集能使用更少的指令完成目标的计算任务;早期的 CPU 为了减少机器语言指令的数量使用复杂指令集完成计算任务,这两者之前的区别其实就是设计上的权衡。