CPU 怎么寻址的 - Githubissues

ysh329 commented 2 years ago

本文主要讲内存寻址方式，以及各种语言的内存模型。来自华为——海纳，编译器专家《CPU怎么寻址的》。

ysh329 commented 2 years ago

1. 概念和历史

似乎当前华为编译器总负责人也是Patterson的学生。

2. CISC vs. RISC

复杂指令集典型例子如 x86 架构，精简指令集典型是 RISC 架构，比较如下：

CICS Intel 指令的手册长达 1200 多页，详细且复杂，而 RISC 只有100多个，有的指令长度是 1 个字节，而有的是 2 个。相对来说，RISC 编码长度都是固定长度，好处是其 CPU 的 Verilog 实现，取址的指令长度都是固定的，比方每次 PC （PC：Program Counter，是通用寄存器，但是有特殊用途，用来指向当前运行指令的下一条指令）都 += 4，对于 CPU 设计人员更喜欢精简的，相比 CICS 也比较省电路面积。

CICS 的指令操作方式多种多样，先学 x86 再看 Arm 会觉得简单一些， Arm 太简单了，有些概念放到 x86中比较奇怪。

CISC 和 RISC 是一种比较简单粗暴地划分，并非 RISC 就不能有条件码，此外 RISC 的特点，在能省电路面积的地方就生下来，这也是其 tradeoff 。

Arm 和 x86 相比，前者定长，也就意味着有些指令原本可以压缩，比方都是4字节，但是没必要比方原本可以1/2字节就可以，从霍夫曼编码的角度来讲，1/2字节的编码尽可能多就会生更多空间。

通常来讲，x86 一条指令就能搞定，但是Arm 上需要4、5条指令， Arm 比较精简，功耗小。随着整个物联网的发展，RISC 的发展也很迅速。

上面的“条件码”，指的是 CPU 根据运算结果由硬件设置的位，体现当前指令执行结果的各种状态信息。例如：算术运算产生的正、负、零或溢出等的结果。条件码可被测试，作为分支运算的依据，此外，有些条件码可被设置，例如对于最高位进位标志C，可用指令对它置位和复位。

ysh329 commented 2 years ago

3. x86 与 Arm 对比举例：CAS

CAS看起来像是 compare and exchange 或者 Compare And Swap 或者的简称。

下面涉及到内联汇编，其通常嵌入在 C/C++。从下面代码中__asm__ volatile开始，先说参数部分：

第一个冒号后是输出参数；
第二个冒号后是输入参数，在这个例子中，是4个输入参数：r/a/r/r，其中入口的jint，是Java interger类型；
第三个冒号是要影响的寄存器，让编译器不要乱动，cc是编译寄存器，memory表示会修改内存，修改的时候告诉编译器需要小心。

对于汇编代码，其中的%1是exchange value，计第二个冒号后的第一个参数，%3是dest指向的地址值。这段代码可以理解为：用cmpxchgl指令做一个比较，当compare value和 dest 对应的值相等时，会做值交换。%4是mp，当多线程时，则会执行。其实这里的代码贴的不完整，没有用到第二个参数，过程有些问题。

虽然这段汇编代码可能存在问题，不重要了。这部分主要是想表达，在这里 x86 的 CISC 一条指令 cmpxchgl 就可以完成这个 Compare And Swap 功能。