一步步编写操作系统 28 cpu乱序执行

乱序执行(乱序执行译作异步执行更贴切)，是指在cpu中运行的指令并不按照代码中的顺序执行，而是按照一定的策略打乱顺序执行，也许后面的指令先执行，当然，得保证指令之间不具备相关性。

举个简单的例子，比如如下两行代码就无法乱序执行。

mov eax, [0x1234]
add eax, ebx

第2行的add加法，需要知道eax的值，但eax的值需要在第1行中的mov操作后才能确定，而且内存访问相对来说非常慢，第2步不得不等待第1步完成后才能进行。所以只能是先执行第1步，再执行第2步。

如果将上面第2步的代码修改一下，如下：

mov eax, [0x1234]
add ecx,ebx。

这样就可以在执行第1步内存访问后的等待中执行第2步啦。由于第2步不依赖第1步，所以有利于放在流水线上。

x86最初用的指令集是CISC，Complex Instruction Set Computer，意为复杂指令集计算机，为什么复杂呢？当初的cpu工程师们为了让cpu更加强大，不断地往cpu中添加各种指令，甚至在cpu硬件一级直接支持软件中的某些操作，以至于指令集越来越庞大笨重复杂。如push指令，它相当于多个子操作的合成，拿保护模式中的栈来说，push eax相当于：

push指令先将栈指针esp减去操作数的字长，如sub esp,4。
再将操作数mov到新的esp指向的地址，如mov [esp],eax。

这两个子操作合成了一个指令，其中每一个子操作称为微操作。

与CISC指令集相对应的是RISC，Reduced Instruction Set Computer。意为精简指令集计算机。根据二八定律，最常用的指令只有20%，但它们占了整个程序指令数的80%。而不常用的指令占80%，但它们只占整个程序指令数的20%。这就是RISC指令集的由来，它精简保留了那些常用的指令，这些指令大多数都是不可再细分的，也就是，它们基本上都是属于微操作级别的指令啦。所以，x86发展到后来，虽然还是CISC指令集，但其内部已经采用RISC内核，译码对于x86体系来说，除了按照指令格式分析机器码外，还要将CISC指令分解成多个RISC指令。当一个“大”操作被分解成多个“微”操作时，它们之间通常是独立无关联，所以非常适合乱序执行。

还是拿栈举例。如下三行代码:

mov eax , [0x1234]
push eax
call function

第1步需要内存访问，由于内存较慢，所以寻址等待过程中可以做其它事。

第2步的push指令拆分成 sub esp ,4和mov [esp], eax。

第3步的call函数调用，需要在栈中压入返回地址，所以说call指令需要用栈指针。

由于第2步中的微操作sub esp,4，可以让cpu知道esp的最新值，不用等到mov [esp], eax完成，第3步call指令向栈中压入返回地址的操作就可以执行了。故第2步未执行完就开始第3步的执行了，也许第3步先于第2步才完成。

总结下，乱序执行的好处就是后面的操作可以放到前面来做，利于装载到流水线上提高效率.

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