什么是解碼形式的指令？

Question

我正在閱讀Ulrich Drepper撰寫的“每個計算機科學家應該了解的關於記憶的內容”。

在6.2.2節中，它的內容如下：

[...]指令必須在執行之前進行解碼，為了加快速度（在x86和x86-64上很重要），指令實際上是以解碼形式緩存的，而不是從內存中讀取的字節/字形式。

作者對指令的“解碼”形式意味着什么？ 指令不是意味着他們自己的含義嗎？ 例如，“添加”是“添加”......

它的“解碼”形式的代表是什么？ 他們為什么需要緩存它？ 它不是確定性的嗎？ 是否需要時間來“解碼”管道中的指令，為什么？

Answer 1

現代英特爾CPU實際上使用所謂的微碼實現許多指令。 微代碼由用於實現高級指令的更簡單的低級指令集編寫的代碼組成（例如，可以將rep -prefixed指令實現為微編碼循環）。 因為這有效地要求CPU本身將輸入指令流“編譯”成微碼，可以想象正在緩存的是這個微碼（以避免重復編譯它的開銷）。

當然，緩存“解碼”指令的精確細節因處理器而異，因此不可能有一般性陳述。

Answer 2

您認為單個指令實際上對應於（可能）處理器上的整組不同電路。 “解碼”意味着讀取機器代碼，並且現在存在選擇適當電路的一些元數據或處理器狀態。 緩存比緩存代碼更有效。

例如，加載指令可能使用一個實現進行偏移尋址，而一個完全不同的電路用於立即尋址......

Answer 3

這不是您在經典RISC管道中看到的那種解碼步驟。 在現代x86處理器中，指令在最終進入“生成控制信號”階段之前經過幾個解碼步驟。 它們是“預編碼”（識別指令邊界），解碼為μops，然后緩沖，緩存和排隊，直到它們最終到達“RISC類核心”，在那里它們被安排並放入預留站，並且只有在它們最終到達之后ALU（如果適用）。 在大多數路線中，他們可能還沒有在經典的RISC意義上解碼為“變成實際控制信號”，這使得它們太寬而無法將1.5K的它們放入L1C。 無論如何，前端產生的那些μops是“類似RISC的核心”的指令集，它們不是真正意義上的狀態機中的真正微碼，順序產生一堆控制信號。 雖然它可以比較。

至於μops實際上是什么樣子，很難得到細節。 一些推論可以從μops的（他們去和端口）的指令生成的數量進行，表中找到這里 。 例如，讀操作和讀 - 修改 - 寫指令被分成幾部分。 一些指令產生大量的μops，例如浮點超越，使得這些指令更像是一種可能在其他指令之上實現的內置函數。 執行可變工作量的指令也會生成可變數量的μops，例如rep movs 。 因此μops看起來像RISC指令，但后來我們已經知道了。

Answer 4

CPU始終執行的3個步驟是：

1. fetch（來自內存的指令）;

2. 解碼（指令 - 你的問題）;

3. 執行（讓電信號根據解碼階段在COU中行走）。

解碼指令意味着CPU“解碼器” - 它是CPU內部的硬件組件 - 對二進制指令進行解碼，並根據指令決定如何處理電信號（指令）。

換句話說：指令被轉換為控制CPU其他部分的信號。