计算机底层相关

CPU架构、指令集、硬编码（机器码）、汇编之间的关系

在计算机体系结构中，CPU 架构的分类通常依据其指令集架构（ISA）来进行，指令集架构的设计直接影响 CPU 的性能、功耗、指令执行效率等关键因素。根据指令集的设计复杂度，CPU 架构大致可以分为两大类：复杂指令集计算机（CISC）架构和精简指令集计算机（RISC）架构。

1. 复杂指令集计算机（CISC，Complex Instruction Set Computing）

   复杂指令集计算机架构采用较为复杂的指令集，旨在通过提供多种功能强大的指令来简化编程和减少指令执行次数。CISC 架构的特点是每条指令执行的操作较为复杂，通常涉及多个操作步骤。CISC 架构的设计重点在于减少程序中的指令数量，便于高效地执行复杂的计算任务。

   • Intel系列处理器，x86和x86-64架构
   • AMD系列处理器，同样采用x86架构

2. 精简指令集计算机（RISC，Reduced Instruction Set Computing）

   精简指令集计算机架构强调指令集的简单性和高效性，目的是通过提供较少的、但功能强大的指令来提升指令的执行速度。RISC 架构的指令集通常更简单，且每条指令通常只完成一个操作，因此执行速度较快，但程序通常需要更多的指令来完成同样的任务。

   • RISC-V开放指令集架构（ISA）
   • ARM系列处理器
   • 苹果M系列处理器，基于ARM架构进行定制，优化了性能和功耗

机器码是计算机能够直接理解和执行的二进制代码，它是指令集架构（ISA）中定义的指令在实际硬件中执行的具体编码方式。每种指令集架构都定义了一组操作符、操作数、寻址模式等，机器码则是这些高层次的指令在底层硬件中如何表示的具体方案。

而汇编是将汇编语言（Assembly Language）转化为机器码的过程

由于汇编有不同风格，即存在不同风格的汇编语言（Intel风格 vs AT&T风格）

• Intel风格
  • 指令格式：操作符 目标, 源
  • 寄存器命名：直接使用寄存器名称，如 EAX、EBX、ECX等
  • 操作数顺序：目标操作数在前，源操作数在后
  • 符号：没有前缀来区分寄存器和内存地址
• AT&T风格
  • 指令格式：操作符 源, 目标
  • 寄存器命名：寄存器前有 % 符号，如 %eax、%ebx、%ecx 等
  • 操作数顺序：源操作数在前，目标操作数在后
  • 符号：内存地址前通常使用 [] 符号来表示

因此

• 存在不同的汇编器默认支持不同的汇编风格
  • GAS（GNU Assembler）：默认使用AT&T风格汇编
  • MASM（Microsoft Assembler）：默认使用Intel风格汇编
  • NASM（Netwide Assembler）：支持多种汇编风格，但一般采用Intel风格
• 存在不同的编译器将高级语言（如 C、C++）转化为不同风格的汇编语言代码
  • GCC（GNU Compiler Collection）默认使用GAS（GNU Assembler），其汇编语言采用AT&T风格
  • MASM（Microsoft Assembler）配合Microsoft的编译器，生成的是 Intel风格汇编语言
  • Clang在Linux上默认使用GAS，因此生成的汇编代码也是AT&T风格

不同的汇编风格的代码，如果是在同一架构上，最终会被转换成相同的机器码。