當前位置:首頁 > 嵌入式 > 嵌入式硬件

英文原文:A Journey Through the CPU Pipeline

作為程序員,CPU 在我們的工作中扮演了核心角色,因此了解處理器內(nèi)部的工作方式對程序員來說不無裨益。

CPU 是如何工作的呢?一條指令執(zhí)行需要多長時間?當我們討論某個新款處理器擁有 12 級流水線還是 18 級流水線,甚至是更深的 31 級流水線時,這到些都意味著什么呢?

應用程序通常會將 CPU 看作是黑盒子。程序中的指令按照順序依次進入 CPU,執(zhí)行完之后再按順序依次從 CPU 中出來,而內(nèi)部到底發(fā)生了什么,我們通常并不了解。

對我們程序員來說,尤其是對做程序性能調(diào)優(yōu)工作的程序員來說,學習 CPU 內(nèi)部的細節(jié)非常必要。否則,如果你不知道 CPU 的內(nèi)部結構,那如何才能針對 CPU 做性能優(yōu)化?

本文所關注的就是專門針對 X86 處理器流水線的工作原理。

你需要掌握的預備知識

首先,閱讀本文你需要了解編程,最好了解一點匯編語言。如果你還不知道指令指針(instruction pointer)是什么,那么本文對你來說可能有些難。你需要知道什么是寄存器,指令和緩存,如果不明白它們是什么,你需要盡快查找資料了解一下。

第二,CPU 的工作原理是一個非常龐大和復雜的話題,本文僅僅是匆匆一瞥,很難以用一篇文章詳盡敘述。如果我有什么疏漏,請通過評論告訴我。

第三,我僅僅關注英特爾處理器及其 X86 架構。當然除了 X86,還有很多其他架構的處理器。雖然 AMD 公司引入了很多新特性到 X86 架構,但是 X86 架構是 Intel 公司發(fā)明,并且創(chuàng)造了 X86 指令集,其中絕大多數(shù)特性是由 Intel 引入的。所以為了保持敘述的簡單和一致性,我僅關注 Intel 的處理器。

最后,當你讀到這篇文章時,它已經(jīng)是“過時”的了。更新款的處理器已經(jīng)設計出來,其中一些會在未來幾個月之內(nèi)發(fā)布。我很高興技術能如此快速的發(fā)展,我希望有一天所有這些技術都會過時,創(chuàng)造出擁有更驚人計算能力的 CPU.

處理器流水線基礎

從一個非常廣的角度來說,X86 處理器架構在近 35 年來并沒有變化太多。雖然 X86 架構被附加了很多新功能,但是最初的設計(包括幾乎所有最初的指令集)仍然基本上是完整保留的,即使在最新的處理器上仍然被支持。

最初的 8086 處理器支持 14 個寄存器,這些寄存器在如今最新的處理器中仍然存在。這 14 個寄存器中,有 4 個是通用寄存器:AX,BX,CX 和 DX;有 4 個是段寄存器,段寄存器用來輔助指針的實現(xiàn):代碼段(CS),數(shù)據(jù)段(DS),擴展段(ES)和堆棧段(SS);有 4 個是索引寄存器,用來指向內(nèi)存地址:源引用(SI),目的引用(DI),基指針(BP),棧指針(SP);有 1 個寄存器包含狀態(tài)位;最后是最重要的寄存器:指令指針(IP)。

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉