Cxuan自己的Github很硬核，请教大家：https://github.com/crisxuan/bestJavaer.

汇编代码是计算机的低级表示。它是一种低级语言，可以从字面上理解，包括处理数据、管理内存、在存储设备上读写数据、使用网络通信。编译器生成的机器码经过了一系列的转换，这些转换遵循目标机器的编程语言、指令集和操作系统。

指令集

指令集是指挥计算机工作的指令，因为程序是按一定执行顺序排列的指令。因为计算机的执行控制权是由CPU来操作的，所以指令集是CPU用来计算和控制计算机的一组指令。每个CPU指定一个指令集，当硬件电路产生时，该指令集与硬件电路一起工作。

指令集有很多种，但一般分为两种，一种是简化指令集，一种是复杂指令集。具体描述如下

精简指令集

reducedinstructionsetcomputer(RISC)是CPU的一种设计模式，原意为精简指令集计算，简称精简指令集。CPU可以想象成流水线工厂，指令数量和寻址方式简化，更容易实现，指令并行执行更好，编译器效率更高。

常见的精简指令集处理器包括ARM、AVR、MIPS、PARISC、RISC-V和SPARC.

所以你可以理解

这本书是关于什么的？

基于MIPS架构，逐一介绍了冯诺依曼系统五个组成部分的硬件实现和软件设计。更重要的是，它引入了很多并行计算的内容，这些内容在大多数教材中被忽略或很少。按照这个思路，它将把并行相关内容整合到新书中，结合OpenMP、CUDA和Hadoop/Spark。毕竟这是未来的发展趋势。

还有这本书。

这本书是关于什么的？

这本书讲的是RISC-V指令集，因为不同的指令集也区分三个版本，三个版本？嗯，还有下面这个。

这本书是关于ARM指令集的。

所以在阅读CASPP的时候，同时阅读这本书是一个非常好的选择。

精简指令集通常具有以下特征

统一指令代码通用寄存器，一般区分整数和浮点数的简单寻址方式，复杂的寻址方式用简单的指令序列代替，比如支持字节串类型的RISC。

复杂指令集

复杂指令集(CISC)是一种微处理器指令集架构，也被翻译成复杂指令集。

复杂指令集包括System/360、VAX、x86等.

复杂指令集可以说是在简化指令集上做的改变。

复杂指令集的特点是指令数量众多且复杂，每条指令的字长不等，计算机必须对其进行解释，并为此付出性能代价。

一般来说，提高CPU性能的方法有以下几种。

增加寄存器大小提高内部并行性，增加缓存大小，增加内核时钟速度，增加其他功能，比如IO和定时器，增加向量处理器硬件多线程技术比较抽象，后面我们会组织一篇文章详细介绍。

c编译器会接收其他操作，转换成汇编语言输出，汇编语言输出是机器级的代码表示。前面我们提到过，C语言程序的执行过程分为以下几个步骤。

以下讨论基于汇编代码。

我们每天接触到的高级语言都是层层封装的结果，所以我们一般不会接触汇编语言，更不会用汇编语言编程，就像你不知道操作系统的存在一样，但其实你做的每一个操作，哪怕是双击一个图标，都和操作系统有关。

高级语言的抽象程度很高，但是经过层层抽象，高级语言的执行效率肯定没有汇编语言高，也没有汇编语言可靠。

但是高级语言有一个更大的优势，就是编译后可以在不同的机器上运行，汇编语言对不同的指令集有不同的表示。而且高级语言学习更容易理解，降低了计算机门槛，使内卷化更严重(当然这是个玩笑，请不要当真)。

话不多说，要懂底层必须懂汇编语言。否则，同步的底层实现会让您头疼。而且天天飘也不好，迟早要落地的。

了解汇编代码也有助于我们优化程序代码，分析代码中隐藏的低效，而这种优化方法一旦成功，将是一个数量级的提升，而不是改变如果.否则就使用新功能。

机器级代码

计算机系统使用了许多不同形式的抽象，实现细节可以通过一个简单的抽象模型隐藏起来。对于机器级别的程序，有两点非常重要。

首先，定义机器级程序的格式和行为被称为指令集架构(instructionsetarchitecture)或指令集架构(ISA)。ISA定义了进程状态、指令格式以及每个指令对状态的影响。大多数指令集体系结构，包括ISA，都用来描述一个进程的行为，就好像它是顺序执行的，并且一条指令的执行结束。

后，另外一条指令再开始。处理器硬件的描述要更复杂，它可以同时并行执行许多指令，但是它采用了安全措施来确保整体行为与ISA规定的顺序一致。

第二点，机器级别对内存地址的描述就是虚拟地址(virtualaddress)，它提供了一个内存模型来表示一个巨大的字节数组。

编译器在整个编译的过程中起到了至关重要的作用，把C语言转换为处理器执行的基本指令。汇编代码非常接近于机器代码，只不过与二进制机器代码相比，汇编代码的可读性更强，所以理解汇编是理解机器工作的第一步。

一些进程状态对机器可见，但是C语言程序员却看不到这些，包括

程序计数器(Programcounter)，它存储下一条指令的地址，在x86-64架构中用%rip来表示。

程序执行时，PC的初始值为程序第一条指令的地址，在顺序执行程序时，CPU首先按程序计数器所指出的指令地址从内存中取出一条指令，然后分析和执行该指令，同时将PC的值加1并指向下一条要执行的指令。

比如下面一个例子。

这是一段数值进行相加的操作，程序启动，在经过编译解析后会由操作系统把硬盘中的程序复制到内存中，示例中的程序是将123和456执行相加操作，并将结果输出到显示器上。由于使用机器语言难以描述，所以这是经过翻译后的结果，实际上每个指令和数据都可能分布在不同的地址上，但为了方便说明，把组成一条指令的内存和数据放在了一个内存地址上。

整数寄存器文件(registerfile)包含16个命名的位置，用来存储64位的值。这些寄存器可以存储地址和整型数据。有些寄存器用于跟踪程序状态，而另一些寄存器用于保存临时数据，例如过程的参数和局部变量，以及函数要返回的值。这个文件是和磁盘文件无关的，它只是CPU内部的一块高速存储单元。有专用的寄存器，也有通用的寄存器用来存储操作数。条件码寄存器用来保存有关最近执行的算术或逻辑指令的状态信息。这些用于实现控件或数据流中的条件更改，例如实现if和while语句所需的条件更改。我们都学过高级语言，高级语言中的条件控制流程主要分为三种：顺序执行、条件分支、循环判断三种，顺序执行是按照地址的内容顺序的执行指令。条件分支是根据条件执行任意地址的指令。循环是重复执行同一地址的指令。顺序执行的情况比较简单，每执行一条指令程序计数器的值就是+1。条件和循环分支会使程序计数器的值指向任意的地址，这样一来，程序便可以返回到上一个地址来重复执行同一个指令，或者跳转到任意指令。

下面以条件分支为例来说明程序的执行过程（循环也很相似）

程序的开始过程和顺序流程是一样的，CPU从0100处开始执行命令，在0100和0101都是顺序执行，PC的值顺序+1，执行到0102地址的指令时，判断0106寄存器的数值大于0，跳转（jump）到0104地址的指令，将数值输出到显示器中，然后结束程序，0103的指令被跳过了，这就和我们程序中的if()判断是一样的，在不满足条件的情况下，指令会直接跳过。所以PC的执行过程也就没有直接+1，而是下一条指令的地址。

一组向量寄存器用来存储一个或者多个整数或者浮点数值，向量寄存器是对一维数据上进行操作。

机器指令只会执行非常简单的操作，例如将存放在寄存器的两个数进行相加，把数据从内存转移到寄存器中或者是条件分支转移到新的指令地址。编译器必须生成此类指令的序列，以实现程序构造，例如算术表达式求值，循环或过程调用和返回

认识汇编

我相信各位应该都知道汇编语言的出现背景吧，那就是二进制表示数据，太复杂太庞大了，为了解决这个问题，出现了汇编语言，汇编语言和机器指令的区别就在于表示方法上，汇编使用操作数来表示，机器指令使用二进制来表示，我之前多次提到机器码就是汇编，你也不能说我错，但是不准确。

但是汇编适合二进制代码存在转换关系的。

汇编代码需要经过汇编器编译后才产生二进制代码，这个二进制代码就是目标代码，然后由链接器将其连接起来运行。

汇编语言主要分为以下三类

汇编指令：它是一种机器码的助记符，它有对应的机器码伪指令：没有对应的机器码，由编译器执行，计算机并不执行其他符号，比如+、-、*、/等，由编译器识别，没有对应的机器码

汇编语言的核心是汇编指令，而我们对汇编的探讨也是基于汇编指令展开的。

与汇编有关的硬件和概念

CPU

CPU是计算机的大脑，它也是整个计算机的核心，它也是执行汇编语言的硬件，CPU的内部包含有寄存器，而寄存器是用于存储指令和数据的，汇编语言的本质也就是CPU内部操作数所执行的一系列计算。

内存

没有内存，计算机就像是一个没有记忆的人类，只会永无休止的重复性劳动。CPU所需的指令和数据都由内存来提供，CPU指令经由内存提供，经过一系列计算后再输出到内存。

磁盘

磁盘也是一种存储设备，它和内存的最大区别在于永久存储，程序需要在内存装载后才能运行，而提供给内存的程序都是由磁盘存储的。

总线

一般来说，内存内部会划分多个存储单元，存储单元用来存储指令和数据，就像是房子一样，存储单元就是房子的门牌号。而CPU与内存之间的交互是通过地址总线来进行的，总线从逻辑上分为三种

地址线数据线控制线

CPU与存储器之间的读写主要经过以下几步

读操作步骤

CPU通过地址线发出需要读取指令的位置CPU通过控制线发出读指令内存把数据放在数据线上返回给CPU

写操作步骤

CPU通过地址线发出需要写出指令的位置CPU通过控制线发出写指令CPU把数据通过数据线写入内存

下面我们就来具体了解一下这三类总线

地址总线

通过我们上面的探讨，我们知道CPU通过地址总线来指定存储位置的，地址总线上能传送多少不同的信息，CPU就可以对多少个存储单元进行寻址。

上图中CPU和内存中间信息交换通过了10条地址总线，每一条线能够传递的数据都是0或1，所以上图一次CPU和内存传递的数据是2的十次方。

所以，如果CPU有N条地址总线，那么可以说这个地址总线的宽度是N。这样CPU可以寻找2的N次方个内存单元。

数据总线

CPU与内存或其他部件之间的数据传送是由数据总线来完成的。数据总线的宽度决定了CPU和外界的数据传输速度。8根数据总线可以一次传送一个8位二进制数据（即一个字节）。16根数据总线一次可以传输两个字节，32根数据总线可以一次传输四个字节。。。。。。

控制总线

CPU与其他部件之间的控制是通过控制总线来完成的。有多少根控制总线，就意味着CPU提供了对外部器件的多少种控制。所以，控制总线的宽度决定了CPU对外部部件的控制能力。

一次内存的读取过程

内存结构

内存IC是一个完整的结构，它内部也有电源、地址信号、数据信号、控制信号和用于寻址的IC引脚来进行数据的读写。下面是一个虚拟的IC引脚示意图

图中VCC和GND表示电源，A0-A9是地址信号的引脚，D0-D7表示的是控制信号、RD和WR都是好控制信号，我用不同的颜色进行了区分，将电源连接到VCC和GND后，就可以对其他引脚传递0和1的信号，大多数情况下，+5V表示1，0V表示0。

我们都知道内存是用来存储数据，那么这个内存IC中能存储多少数据呢？D0-D7表示的是数据信号，也就是说，一次可以输入输出8bit=1byte的数据。A0-A9是地址信号共十个，表示可以指定0000000000-1111111111共2的10次方=1024个地址。每个地址都会存放1byte的数据，因此我们可以得出内存IC的容量就是1KB。

如果我们使用的是512MB的内存，这就相当于是512000（512*1000）个内存IC。当然，一台计算机不太可能有这么多个内存IC，然而，通常情况下，一个内存IC会有更多的引脚，也就能存储更多数据。

内存读取过程

下面是一次内存的读取过程。

来详细描述一下这个过程，假设我们要向内存IC中写入1byte的数据的话，它的过程是这样的：

首先给VCC接通+5V的电源，给GND接通0V的电源，使用A0-A9来指定数据的存储场所，然后再把数据的值输入给D0-D7的数据信号，并把WR（write）的值置为1，执行完这些操作后，即可以向内存IC写入数据读出数据时，只需要通过A0-A9的地址信号指定数据的存储场所，然后再将RD的值置为1即可。图中的RD和WR又被称为控制信号。其中当WR和RD都为0时，无法进行写入和读取操作。

总结

此篇文章我们主要探讨了指令集、指令集的分类，与汇编有关的硬件，总线都有哪些，分别的作用都是什么，然后我们以一次内存读取过程来连接一下CPU和内存的交互过程。

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我自己写了六本PDF，非常硬核，链接如下

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