Re: [請問] 想要了解CPU 的原理和設計要看什麼書?

看板ask (問板)作者twotwoone (我不配)時間16年前 (2009/11/09 22:04)推噓7(7推 0噓 5→)

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※ 引述《lprsdmn (ziv)》之銘言： : 圖書館搜尋打上CPU或處裡器 : 幾乎找不到我要的資料 : 我想這可能是某本書的其中一個標題 : 請問我要看哪方面的書呢? 恁爸又要衝文章數了，不用找書，我直接跟你扯。必須先選好是什麼CPU呀。以一般家用電腦的CPU來說 (簡稱x86)，要懂他的原理，就要學他的語言：x86 指令集不只知道怎麼用，還要知道怎麼來。首先就是，原本寫在紙上的語言文字怎樣數位化 (數字化) 變成一連串的數字？這就叫做編碼、解碼，常見的就是英文字母編成的 ASCII 碼。編碼後將這些數字存入硬碟，進而在電子電路上流通，送給CPU去解讀數字的本意。然後人類為了要跟CPU能夠對話、能夠操縱他，而設計出CPU的語言，也就是指令集。所謂指令集，就是指令的集合，x86有加法的指令add、有減法的指令sub... 其他CPU未必會有減法的指令sub，因為利用二的補數代表負數的話，就只需要加法指令add即可。把x86存在的這些指令全部聚集起來，就叫x86指令集。因為硬體的設計規格，由 x86 指令集構成的程式碼們，都會先放到主記憶體去排成直線一個位置就是一個記憶體位置。位置寬度是訂成 1 Byte，有1024個位置 (0~1023) 就是有 1KB。電腦開機後，首先會到主機板上一塊記憶區域，取出一段叫做BIOS的程式碼到主記憶體去再由這BIOS的程式碼第一行開始執行。 BIOS跑完後會到使用者設定的裝置，比如硬碟去抓取作業系統的程式碼。 CPU 在電腦通電後，其實是到「暫存器」中叫做程式計數器 (program counter) 那裡去抓出一個記憶體位置來，然後 CPU 再命令主記憶體把這個位置的資料吐出「一個指令」來給CPU閱讀。換言之，最簡單、原始的CPU一次會處理一個指令。處理完某指令後，只要該指令沒有命令CPU更改PC值的話，那CPU就會自動累加PC值 (程式計數器值) 因此CPU永遠、隨時隨地都會有處理不完的指令直到電源關閉。預設的記憶體位置呢，就是BIOS載入主記憶體後的第一行程式碼所在。當讀完指令後，CPU有一個電路裝置叫做控制單元，這個單元就專門出一張嘴在分配任務用的。他事先就大家說好一個指令大小是 32 個位元，也就是 32 個二進位0101數字。若3個位元是 000 時，就代表指令 add；如果是 001 就代表指令是 sub。這也是一種編碼，實際上當然不是只用三個位元來代表指令意義。因為如果這樣的話 x86 指令集就被限制成只有 000~111 這 8 種而已。如果控制單元判斷目前的指令是比如 jump 到某位置，那他就叫大家都不要亂動，直接更改PC值，然後等主記憶體繼續吐出下個指令。如果他判斷出目前的指令是 add ax,3 也就是把 x86 CPU 上的某顆叫ax的暫存器加3 那他就會一邊命令ax暫存器吐出他的值給ALU的輸入端1，一邊又丟3給ALU的輸入端2。 (ALU的作用參考上上篇，ALU原理的話就數位邏輯、數位系統；更底層、更現實的電路原理要讀電子電路、電子學、物理) 簡單來說ALU是個蠢貨，只會加減乘除、邏輯運算，但是聽不懂人話，只會乖乖做事而已。然後控制單元這嘴砲王等到ALU把結果算出來後，繼續嘴砲的命令電路把結果寫回ax暫存器再命令PC值自己遞增，然後等主記憶體把下個指令送進來。簡單來說你學 x86 指令集：http://home.comcast.net/~fbui/intel.html 這個語言，就是要跟控制單元對話，所以你要知道 x86 有哪些暫存器，大小分別有多少，知道控制單元叫別人做加法時，頂多有哪幾種變化。不然你亂扯一句他根本做不到的事也就是亂寫一個指令給CPU時，根本就強人所難。當你學會這個語言，也就大致瞭解CPU的底細跟原理...也只是這顆CPU而已，換一顆講外語的、用不同指令集的，你就要重學一個語言。資工所入學考試的計算機組織聖經本，也就是白算盤，基本上是講MIPS指令集，這個指令集比起x86算比較簡潔，所以比較適合學術教學。 x86被認為先天不良，原本的設計不夠好，但後來又很受歡迎賣很好， Intel跟AMD不願意砍掉重練 (代價太大)，所以在原本基礎上去改良它，使得要搞懂x86原理比較難。還好，後來有個傢伙叫 compiler 他很擅長把「人話」轉成各種CPU的各種指令集，所以沒事就不太需要去懂 CPU 的指令集 (組合語言)。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 124.8.137.241

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