什么是解码形式的指令？

Question

我正在阅读Ulrich Drepper撰写的“每个计算机科学家应该了解的关于记忆的内容”。

在第6.2.2节中，它的内容为：

  

[...]指令必须先解码   他们可以执行，并加快这一点（重要的是   在x86和x86-64）上，指令实际上是缓存的   解码后的形式，而不是从中读取的字节/字形式   存储器中。

作者对指令的“解码”形式意味着什么？指令不是意味着他们自己的含义吗？例如“添加”是“添加”......

它的“解码”形式的代表是什么？他们为什么需要缓存它？它不是确定性的吗？是否需要时间来“解码”管道中的指令，为什么？

Answer 1

现代英特尔CPU实际上使用所谓的microcode实现了许多指令。微代码由用于实现高级指令的更简单的低级指令集编写的代码组成（例如，rep - 前缀指令可以实现为微编码循环）。因为这有效地要求CPU本身将输入指令流“编译”成微码，可以想象正在缓存这个微码（以避免重复编译它的开销）。

当然，缓存“解码”指令的确切细节因处理器而异，因此无法进行一般性陈述。

Answer 2

您认为单个指令实际上对应于（可能）处理器上的整组不同电路。 ＆＃34;解码＆＃34;意味着读取机器代码，并且现在存在选择适当电路的一些元数据或处理器状态。缓存比缓存代码更有效。

例如，加载指令可能使用一个实现进行偏移量寻址，并使用完全不同的电路进行立即寻址......

Answer 3

这不是您在经典RISC管道中看到的那种解码步骤。在现代x86处理器中，指令在最终进入“生成控制信号”阶段之前经过几个解码步骤。它们是“预编码”（识别指令边界），解码为μops，然后缓冲，缓存和排队，直到它们最终到达“RISC类核心”，在那里它们被安排并放入预留站，并且只有在它们最终到达之后ALU（如果适用）。在大多数路线中，他们可能还没有在经典的RISC意义上解码为“变成实际控制信号”，这使得它们太宽而无法将1.5K的它们放入L1C。无论如何，前端产生的那些μops是“类似RISC的核心”的指令集，它们不是真正意义上的状态机中的真正微码，顺序产生一堆控制信号。它虽然可以比较。

至于μops实际上是什么样子，很难得到细节。可以根据指令生成的μops（以及它们到达的端口）的数量进行一些推断，找到表here。例如，读操作和读 - 修改 - 写指令被分成几部分。一些指令产生大量的μops，例如浮点超越，使得这些指令更像是一种可能在其他指令之上实现的内置函数。执行可变工作量的指令也会生成可变数量的μops，例如rep movs。所以μops看起来像RISC指令，但后来我们就知道了。

Answer 4

CPU始终执行的3个步骤是：

1. fetch（来自内存的指令）;

2. 解码（指令 - 你的问题）;

3. 执行（让电信号根据解码阶段在COU中行走）。

解码指令意味着CPU＆＃34;解码器＆＃34; - 这是CPU内部的硬件组件 - 对二进制指令进行解码，并根据指令决定如何处理电信号（指令）。

换句话说：指令被转换为控制CPU其他部分的信号。