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匯編代碼是計算機的一種低級表示，它是一種低級語言，可以從字面角度去理解它，包括處理數據、管理內存、讀寫存儲設備上的數據，以及利用網絡通信等。編譯器生成機器碼經過了一系列的轉換，這些轉換遵循編程語言、目標機器的指令集 和操作系統。
指令集
指令集就是指揮計算機工作的指令，因為程序就是按照一定執行順序排列的指令。因為計算機的執行控制權由 CPU 操作，所以指令集就是 CPU 中用來計算和控制計算機的一系列指令的集合。每個 CPU 在產出時都規定了與硬件電路相互配合工作的指令集。
指令集有不少分類，但是一般分為兩種，一種是精簡指令集，一種是復雜指令集。具體描述如下
精簡指令集
精簡指令的英文是 reduced instruction set computer， RISC，原意是精簡指令集計算，簡稱為精簡指令集，是 CPU 的一種 設計模式，可以把 CPU 想象成一家流水線工廠，對指令數目和尋址方式都做了精簡，使其實現更容易，指令並行執行程度更好，編譯器的效率更高。
常見的精簡指令集處理器包括 ARM、AVR、MIPS、PARISC、RISC-V 和 SPARC。
所以你就能理解
這本書是講啥的了。
它主要是基於 MIPS 體系結構把馮諾依曼體系的五大組件進行了逐一的硬件實現 + 軟件設計介紹，更為重要的是引入了諸多並行計算的內容，這是大部分教材中忽略或者內容較少的，會根據這個思路把並行相關的內容，結合 OpenMP, CUDA 和 Hadoop/Spark 整體融入到新書中，畢竟這是未來發展的趨勢
還有這本書
這本書又是講啥的。
這本書是講 RISC-V 指令集的，因為指令集的不同也區分了三個版本，三個版本？？？嗯，還有下面這個
這本書是講 ARM 指令集的。
所以一般在看 CASPP 的時候並發的看看這本書是非常不錯的選擇。
精簡指令集一般具有如下特征
- 統一的指令編碼
- 通用的寄存器，一般會區分整數和浮點數
- 簡單的尋址模式，復雜尋址模式被簡單指令序列來取代
- 支持很少偏門的類型，例如 RISC 支持字節字符串類型。
復雜指令集
復雜指令集的英文是 Complex Instruction Set Computing, CISC，是一種微處理器指令集架構，也被譯為復雜指令集。
復雜指令集包括 System/360、VAX、x86 等。
復雜指令集可以說是在精簡指令集之上作出的改變。
復雜指令集的特點是指令數目多而復雜，每條指令字長並不相等，計算機必須加以判讀，並為此付出了性能的代價。
一般來說，提升 CPU 性能的方法有如下這幾種
- 增加寄存器的大小
- 增進內部的並行性
- 增加高速緩存的大小
- 增加核心時脈的速度
- 加入其他功能，例如 IO 和計時器
- 加入向量處理器
- 硬件多線程技術
比較抽象，我們后面會組織成文章具體介紹一下。
C 編譯器會接收其他操作並把其轉換為匯編語言輸出，匯編語言是機器級別的代碼表示。我們之前介紹過，C 語言程序的執行過程分為下面這幾步
下面我們更多的討論都是基於匯編代碼來討論。
我們日常所接觸的高級語言，都是經過了層層封裝的結果，所以我們平常是接觸不到匯編語言的，更不會用匯編語言來進行編程，這就和你不知道操作系統的存在一樣，但其實你每個操作，甚至你雙擊一個圖標都和操作系統有關系。
高級語言的抽象級別很高，但是經過了層層抽象之后，高級語言的執行效率肯定沒有匯編語言高，也沒有匯編語言可靠。
但是高級語言有更大的優點是其編譯后能夠在不同的機器上運行，匯編語言針對不同的指令集有不同的表示。並且高級語言學習來更加通俗易懂，降低計算機門檻，讓內卷更加嚴重（當然這是開個玩笑，冒犯到請別當真）。
話不多說，了解底層必須了解匯編語言。否則一個 synchronized 底層實現就能夠讓你頭疼不已。而且，天天飄着也不好，遲早要落地。
了解匯編代碼也有助於我們優化程序代碼，分析代碼中隱含的低效率，並且這種優化方法一旦優化成功，將是量級的提高，而不是改改 if...else ，使用一個新特性所能比的。
機器級代碼
計算機系統使用了多種不同形式的抽象，可以通過一個簡單的抽象模型來隱藏實現細節。對於機器級別的程序來說，有兩點非常重要。
首先第一點，定義機器級別程序的格式和行為被稱為 指令集體系結構或指令集架構(instruction set architecture)， ISA。ISA 定義了進程狀態、指令的格式和每一個指令對狀態的影響。大部分的指令集架構包括 ISA 用來描述進程的行為就好像是順序執行的，一條指令執行結束后，另外一條指令再開始。處理器硬件的描述要更復雜，它可以同時並行執行許多指令，但是它采用了安全措施來確保整體行為與 ISA 規定的順序一致。
第二點，機器級別對內存地址的描述就是 虛擬地址(virtual address)，它提供了一個內存模型來表示一個巨大的字節數組。
編譯器在整個編譯的過程中起到了至關重要的作用，把 C 語言轉換為處理器執行的基本指令。匯編代碼非常接近於機器代碼，只不過與二進制機器代碼相比，匯編代碼的可讀性更強，所以理解匯編是理解機器工作的第一步。
一些進程狀態對機器可見，但是 C 語言程序員卻看不到這些，包括
程序計數器(Program counter)，它存儲下一條指令的地址，在 x86-64 架構中用%rip來表示。
程序執行時，PC 的初始值為程序第一條指令的地址，在順序執行程序時， CPU 首先按程序計數器所指出的指令地址從內存中取出一條指令，然后分析和執行該指令，同時將 PC 的值加 1 並指向下一條要執行的指令。
比如下面一個例子。
這是一段數值進行相加的操作，程序啟動，在經過編譯解析后會由操作系統把硬盤中的程序復制到內存中，示例中的程序是將 123 和 456 執行相加操作，並將結果輸出到顯示器上。由於使用機器語言難以描述，所以這是經過翻譯后的結果，實際上每個指令和數據都可能分布在不同的地址上，但為了方便說明，把組成一條指令的內存和數據放在了一個內存地址上。
- 整數
寄存器文件(register file)包含 16 個命名的位置，用來存儲 64 位的值。這些寄存器可以存儲地址和整型數據。有些寄存器用於跟蹤程序狀態，而另一些寄存器用於保存臨時數據，例如過程的參數和局部變量，以及函數要返回的值。這個文件是和磁盤文件無關的，它只是 CPU 內部的一塊高速存儲單元。有專用的寄存器，也有通用的寄存器用來存儲操作數。 條件碼寄存器用來保存有關最近執行的算術或邏輯指令的狀態信息。這些用於實現控件或數據流中的條件更改，例如實現 if 和 while 語句所需的條件更改。我們都學過高級語言，高級語言中的條件控制流程主要分為三種：順序執行、條件分支、循環判斷三種，順序執行是按照地址的內容順序的執行指令。條件分支是根據條件執行任意地址的指令。循環是重復執行同一地址的指令。- 順序執行的情況比較簡單，每執行一條指令程序計數器的值就是 + 1。
- 條件和循環分支會使程序計數器的值指向任意的地址，這樣一來，程序便可以返回到上一個地址來重復執行同一個指令，或者跳轉到任意指令。
下面以條件分支為例來說明程序的執行過程（循環也很相似）
程序的開始過程和順序流程是一樣的，CPU 從 0100 處開始執行命令，在 0100 和 0101 都是順序執行，PC 的值順序+1，執行到 0102 地址的指令時，判斷 0106 寄存器的數值大於 0，跳轉（jump）到 0104 地址的指令，將數值輸出到顯示器中，然后結束程序，0103 的指令被跳過了，這就和我們程序中的 if() 判斷是一樣的，在不滿足條件的情況下，指令會直接跳過。所以 PC 的執行過程也就沒有直接+1，而是下一條指令的地址。
- 一組
向量寄存器用來存儲一個或者多個整數或者浮點數值，向量寄存器是對一維數據上進行操作。
機器指令只會執行非常簡單的操作，例如將存放在寄存器的兩個數進行相加，把數據從內存轉移到寄存器中或者是條件分支轉移到新的指令地址。編譯器必須生成此類指令的序列，以實現程序構造，例如算術表達式求值，循環或過程調用和返回
認識匯編
我相信各位應該都知道匯編語言的出現背景吧，那就是二進制表示數據，太復雜太龐大了，為了解決這個問題，出現了匯編語言，匯編語言和機器指令的區別就在於表示方法上，匯編使用操作數來表示，機器指令使用二進制來表示，我之前多次提到機器碼就是匯編，你也不能說我錯，但是不准確。
但是匯編適合二進制代碼存在轉換關系的。
匯編代碼需要經過 匯編器 編譯后才產生二進制代碼，這個二進制代碼就是目標代碼，然后由鏈接器將其連接起來運行。
匯編語言主要分為以下三類
- 匯編指令：它是一種機器碼的
助記符，它有對應的機器碼 - 偽指令：沒有對應的機器碼，由編譯器執行，計算機並不執行
- 其他符號，比如 +、-、*、/ 等，由編譯器識別，沒有對應的機器碼
匯編語言的核心是匯編指令，而我們對匯編的探討也是基於匯編指令展開的。
與匯編有關的硬件和概念
CPU
CPU 是計算機的大腦，它也是整個計算機的核心，它也是執行匯編語言的硬件，CPU 的內部包含有寄存器，而寄存器是用於存儲指令和數據的，匯編語言的本質也就是 CPU 內部操作數所執行的一系列計算。
內存
沒有內存，計算機就像是一個沒有記憶的人類，只會永無休止的重復性勞動。CPU 所需的指令和數據都由內存來提供，CPU 指令經由內存提供，經過一系列計算后再輸出到內存。
磁盤
磁盤也是一種存儲設備，它和內存的最大區別在於永久存儲，程序需要在內存裝載后才能運行，而提供給內存的程序都是由磁盤存儲的。
總線
一般來說，內存內部會划分多個存儲單元，存儲單元用來存儲指令和數據，就像是房子一樣，存儲單元就是房子的門牌號。而 CPU 與內存之間的交互是通過地址總線來進行的，總線從邏輯上分為三種
- 地址線
- 數據線
- 控制線
CPU 與存儲器之間的讀寫主要經過以下幾步
讀操作步驟
- CPU 通過地址線發出需要讀取指令的位置
- CPU 通過控制線發出讀指令
- 內存把數據放在數據線上返回給 CPU
寫操作步驟
- CPU 通過地址線發出需要寫出指令的位置
- CPU 通過控制線發出寫指令
- CPU 把數據通過數據線寫入內存
下面我們就來具體了解一下這三類總線
地址總線
通過我們上面的探討，我們知道 CPU 通過地址總線來指定存儲位置的，地址總線上能傳送多少不同的信息，CPU 就可以對多少個存儲單元進行尋址。
上圖中 CPU 和內存中間信息交換通過了 10 條地址總線，每一條線能夠傳遞的數據都是 0 或 1 ，所以上圖一次 CPU 和內存傳遞的數據是 2 的十次方。
所以，如果 CPU 有 N 條地址總線，那么可以說這個地址總線的寬度是 N 。這樣 CPU 可以尋找 2 的 N 次方個內存單元。
數據總線
CPU 與內存或其他部件之間的數據傳送是由數據總線來完成的。數據總線的寬度決定了 CPU 和外界的數據傳輸速度。8 根數據總線可以一次傳送一個 8 位二進制數據（即一個字節）。16 根數據總線一次可以傳輸兩個字節，32 根數據總線可以一次傳輸四個字節。。。。。。
控制總線
CPU 與其他部件之間的控制是通過 控制總線 來完成的。有多少根控制總線，就意味着 CPU 提供了對外部器件的多少種控制。所以，控制總線的寬度決定了 CPU 對外部部件的控制能力。
一次內存的讀取過程
內存結構
內存 IC 是一個完整的結構，它內部也有電源、地址信號、數據信號、控制信號和用於尋址的 IC 引腳來進行數據的讀寫。下面是一個虛擬的 IC 引腳示意圖
圖中 VCC 和 GND 表示電源，A0 - A9 是地址信號的引腳，D0 - D7 表示的是控制信號、RD 和 WR 都是好控制信號，我用不同的顏色進行了區分，將電源連接到 VCC 和 GND 后，就可以對其他引腳傳遞 0 和 1 的信號，大多數情況下，+5V 表示1，0V 表示 0。
我們都知道內存是用來存儲數據，那么這個內存 IC 中能存儲多少數據呢？D0 - D7 表示的是數據信號，也就是說，一次可以輸入輸出 8 bit = 1 byte 的數據。A0 - A9 是地址信號共十個，表示可以指定 00000 00000 - 11111 11111 共 2 的 10次方 = 1024個地址。每個地址都會存放 1 byte 的數據，因此我們可以得出內存 IC 的容量就是 1 KB。
如果我們使用的是 512 MB 的內存，這就相當於是 512000（512 * 1000） 個內存 IC。當然，一台計算機不太可能有這么多個內存 IC ，然而，通常情況下，一個內存 IC 會有更多的引腳，也就能存儲更多數據。
內存讀取過程
下面是一次內存的讀取過程。
來詳細描述一下這個過程，假設我們要向內存 IC 中寫入 1byte 的數據的話，它的過程是這樣的：
- 首先給 VCC 接通 +5V 的電源，給 GND 接通 0V 的電源，使用
A0 - A9來指定數據的存儲場所，然后再把數據的值輸入給D0 - D7的數據信號，並把WR（write）的值置為 1，執行完這些操作后，即可以向內存 IC 寫入數據 - 讀出數據時，只需要通過 A0 - A9 的地址信號指定數據的存儲場所，然后再將 RD 的值置為 1 即可。
- 圖中的 RD 和 WR 又被稱為控制信號。其中當WR 和 RD 都為 0 時，無法進行寫入和讀取操作。
總結
此篇文章我們主要探討了指令集、指令集的分類，與匯編有關的硬件，總線都有哪些，分別的作用都是什么，然后我們以一次內存讀取過程來連接一下 CPU 和內存的交互過程。
原創不易，如有幫助還請各位讀者四連（點在、在看、分享、留言），感謝各位大佬
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