cpu-architecture - 什么是机器指令？

Question

The user's program in main memory consists of machine instructions anddata. In contrast, the control memory holds a fixed microprogram thatcannot be altered by the occasional user. The microprogram consists ofmicroinstructions that specify various internal control signals forexecution of register microoperations. Each machine instructioninitiates a series of micro instructions in control memory. Thesemicrosinstructions generates microoperations to fetch the instructionfor main memory; to evaluate the effective address, to execute theoperation specified by the instruction, and to return control thefetch phase in order to repeat the cycle for the next instruction

我在这里并不完全理解机器指令、微指令和微操作之间的区别。我当然明白，根据给定的段落，微指令是中级指令，但其他 2 条指令中哪一条更接近机器语言。 CLA、ADD、STA、BUN、BSA、AND等是机器指令还是微操作？

Answer 1

CPU 对外显示为能够执行机器指令 的设备。例如，

mov (%esi,%ebx,4), %edx

是一条机器指令，它将地址 ESI+4*EBX 处的 4 个字节的数据移动到寄存器 EDX 中。 机器指令是公开的 - 它们由 CPU 制造商在用户手册中发布。 gcc 等编译器将输出包含机器指令的文件，这些文件通常以 EXE/DLL 文件结尾。

如果你仔细看上面的指令，你会发现这是一个相当复杂的操作。它涉及一些算术(乘法和加法)来获取内存地址，然后将数据从该地址移动到寄存器中。从 CPU 的角度来看，使用已经存在的算术单元也是有意义的。因此，将此指令分解为微指令是很自然的。从本质上讲，mov指令是CPU内部实现的，是用微指令编写的微程序。然而，这是 CPU 的一个实现细节。 微指令是 CPU 内部的，除 CPU 制造商外，任何人都看不到它们。

微指令有几个好处:

• 他们简化了内部 CPU 架构、设计和测试，从而降低了单位成本
• 它们使创建丰富而强大的机器指令集变得容易(您只需要以不同的方式组合微指令)
• 它们在不同的 CPU 上提供一致的机器语言(例如 Xeon 和 Pentium 都实现了基本的 x86_64 指令集，尽管它们在硬件上有很大不同)
• 创建优化(即一个 CPU 上的相同指令可以由硬件实现，另一个可以在微指令中模拟)
• 修复错误(例如，您可以在机器运行时修复 Spectre 漏洞，而无需购买新的 CPU 和打开服务器)

有关详细信息，请参阅 https://en.wikipedia.org/wiki/Micro-operation