1. 指令集體系結構（Instruction-Set Architecture, ISA）

---

1.1 定義

一個處理器支援的指令和指令的位元組級編碼就是這個處理器的ISA，包括很多個部分：

• 指令集
• 指令集編碼
• 基本資料型別
• 一組程式設計規範
• 暫存器
• 定址模式
• 儲存體系
• 異常事件處理
• 中斷
• 外部I/O

不同的處理器家族，例如Intel IA32、IBM/Freescale PowerPC和ARM，都有不同的ISA。維基百科 - Architecture list

1.2 作用

1. ISA在編譯器編寫者（CPU軟體）和處理器設計人員（CPU硬體）之間提供了一個抽象層：
   
   • 處理器設計者：依據ISA來設計處理器
   • 處理器使用者（如：寫編譯器的牛*程式設計師）：依據ISA就知道CPU選用的指令集，就知道自己可以使用哪些指令以及遵循哪些規範
2. 定義處理器上的軟體如何構建，這是ISA的最重要內涵，現代處理器都是支援高階語言程式設計、作業系統等等特性，ISA要定義出指令集內的指令是如何支撐起C語言裡堆疊、過程呼叫，作業系統裡異常、中斷，多媒體平臺裡數字影像處理、3D加速等等。

1.3 TIPS

1. 常見的一個誤解的答案：指令集並不儲存於CPU中，應該這樣說：CPU本身是指令集(結構)的一個實現/例項；
2. 一個ISA可能包含多個指令集；

---

---

---

2. ISA與微體系結構

ISA只是描述了CPU應該支援的每條指令是做什麼事的，即指令的功能。而微體系結構是描述處理器實際上是怎麼實現的。

2.1 微體系結構

微體系結構是計算機體系結構中偏向硬體的部分，它可以理解成數位電路如何實現處理器中的各個功能，通常關心的內容包括，指令的流水線結構，計算單元的電路（加法器等等），儲存器的結構（暫存器堆、Cache的結構）等等 ；

一個例項如下：
1. 拿Intel來說，（其ISA是IA-32等）其pentium 4處理器的微體系結構是NetBurst，現代，其Core（酷睿）系列CPU的微體系結構已經經歷了好幾代：Bloomfield(2008年）、Lynnfield(2009年)、Clarksfield(2009年)、Ar randale(2010年)、Gulftown(2010年)、Sandy Bridge(2011年)、Ivy Bridge(2012年)、Haswell(2013年)、Haswell Devil’s Canyon(2014年)、Broadwell（2015年）、Skylake（2015年）。
2. 拿ARM來說，（其ISA是ARMv7等）其微體系結構是ARM11等從11往後叫cortex系列，其中cortex-A系列有32位的A7、A9、A15，64位的A53、A57。

---

---

---

3. 指令集（Instruction set）

3.1 定義

通常會把CPU的擴充套件指令集稱為”CPU的指令集”（因為基本的，類似加減的指令似乎是必須被CPU所支援的指令）。每款CPU在設計時就規定了一系列與其硬體電路相配合的指令集。

指令集可分為複雜指令集(CISC:sisk)和精簡指令集(RISC:risk)兩部分，這部分暫不繼續討論了。

Intel的MMX(Multi Media Extended)、SSE、 SSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2)、SEE3和AMD的3DNow!等都是CPU的擴充套件指令集，分別增強了CPU的多媒體、圖形圖象和Internet等的處理能力。維基百科 - Comparison instruction set

3.2 指令

一條二進位制機器指令由：指令碼（操作碼）+運算元組成。

1. 操作碼用來說明：指令的功能和執行的操作;
2. 運算元說明：操作所涉及的源和目的資料的位置；
   
   • 源：立即數（即指令中包含的常亮）、暫存器、儲存器、I/O埠等；

---

---

---

一個流程

一個我思考出來的可能的流程是這樣:

• CPU開發商
  
  1. 一個CPU廠商決定開發一個CPU，他們先要決定/選定一種指令集體系結構，他們當然不想自己開發，好了他們選用ARM的ARMv7；
  2. 那麼該如何實現ARMv7呢？我們還是不去自己設計微體系結構了，還是用ARM公司配套的cortex吧，這樣我們就能在矽晶片上做出一個CPU了；（當然中間省去了很多步驟）
• CPU使用者（開發一個C編譯器）
  
  1. 這顆CPU可以執行什麼樣的指令呢？發現使用CPU使用的是ARMv7，那麼就檢視ARMv7的文件就好了，這是RISC的一種
  2. 編譯器完成了，它的功能是：將C原始碼編譯為可以在ARMv7上執行的二進位制命令程式碼，即目標檔案
  3. 此時一個小程式設計師寫了一段簡單C程式test.c，我們呼叫編譯器將test.c編譯為ARMv7上的可執行檔案test.o
  4. 目標檔案中包含了程式怎麼開始和結束執行、需要操作的資料、如何與作業系統互動等等。只要執行這個目標程式，CPU就能執行其中的指令了

---

---

---

後續的理解

1. 何為x86 - 20160921記錄
   Intel 8086是一個Intel於1978年設計的16位微處理器晶片。資料匯流排16位，CPU20條地址匯流排-直接定址1MB儲存空間，每個儲存空間可以存放一個Byte資訊；

   20條地址匯流排：20根線條，每個有0個1兩種狀態，那麼組合起來就有2^20中結果，也就是1048576 bit = 131072 byte = 128KB

   來源於8086指令集的一系列處理器，都稱為x86處理器。

2. 收到