了解指令集架构的基础知识
文章作者:伊门·贝利
指令集结构是连接计算机软件和硬件的纽带。
在计算机科学中，指令集架构（ISA）是计算机的抽象模型。它也称为架构或计算机架构。此外，一种中央处理单元（CPU），ISA的实现场所被称为实现。ISA指定运行在该ISA的实现的机器代码的行为，其时尚不依赖于在实现之间提供二进制兼容性的微校验结构。
可以通过添加指令或其他功能或添加对更大地址和数据值的支持来扩展ISA。扩展的ISA的实现仍然能够在没有这些扩展的情况下执行ISA版本的机器码。使用这些扩展的机器码只能运行在支持这些扩展的实现上。
简而言之，指令集是连接计算机软件和硬件的纽带。它是一组处理器能理解的基本指令。此外，它还涉及硬件支持的操作、模式和存储位置的功能定义，以及如何调用和访问它们的精确描述。换句话说，ISA定义了处理器支持的指令类型。
这里，值得注意的是，微体系结构级别刚好低于ISA级别，因此它与ISA定义的计算机支持的基本操作的实现相关联。我们可以有两个基于相同ISA的不同处理器，但不同的微架构具有不同的性能和效率。这支持具有不同性能、物理大小和货币成本(包括其他方面)的ISA的多个实现，但它们能够运行相同的机器码。
因此，可以将性能较低、成本较低的机器替换为成本较高、性能较高的机器，而无需替换软件。此外，它还促进了该ISA实现的微体系结构的发展，以便ISA的更新、更高性能的实现可以使用运行在前几代实现上的软件。
使不同的处理器与相同的基本指令集兼容(isa)可以使相同的程序轻松地在许多不同的微架构处理器上运行。我们首先定义一个ISA，然后设计符合该ISA的不同微体系结构来实现功能。
扩展处理器的能力并不是一个新概念。处理器可扩展性是该处理器与附加的外部硬件模块(如FPGA或DSP核心)的组合，这取决于该处理器的微架构。
这种扩展允许将特定函数加速为指令或指令集，从而实现更好的性能。除了加速功能，终端用户通过这个扩展的硬件模块能够添加自定义指令(s)，如新的算法和增强以前的算法。
本系列的下一篇文章探讨了用于ISA的eFPGA共扩展核心。
本文最初发表于经济日报。
伊门·贝利，Menta产品应用工程师。
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