CPU指令集的生态链 - 弦外之音

CPU 是一个通用处理器，计算机领域 定义标准，分层抽象出公共功能之后，CPU 再对这些公共功能进行指令集设计。但是因为计算机发展了几十年，分层设计已经很多了，本文主要探讨，一个新的CPU指令集出来之后，要多久才能被上层语言使用到，例如 java，python 等使用。

第一层的生态，肯定就是汇编语言，因为 汇编语言是 机器码的 可读形式，除开一些汇编器自己定义的语法（伪指令），大部分的汇编指令直接对应某条机器指令。所以要想尽快用上最新的指令集，必须用汇编。

然后，C语言是最接近硬件的，gcc 编译器能把 C程序 翻译成 汇编，汇编就是机器码，机器码就是新的CPU指令集，所以第二层就是编译器翻译的时候怎么使用这些新的指令集。

实际上，任何语言，任何编译器，理论上都能把自己的某些语言特性翻译成新的CPU指令集，但是这个取决于 编译器 的实现难度，C语言的语法简单，所以 gcc 编译器要改进来使用新的CPU指令集就会更快，jvm 如果要用新的指令集，难度会高一些，所以 jvm 在新的CPU指令集的应用上会比 gcc 慢。

通常情况，intel 或者 AMD 发布一个新的指令集的时候，他们会出相关文档，他们会贡献代码给 gcc 或者 linux 社区，让C程序能使用上新款的指令集，所以C语言跟新款指令集可以说是同步更新。如下图：

gcc 可以用以下编译命令使用 SIMD 指令优化：

gcc -O3 -o hisimd -ftree-vectorize -msse2 hisimd.c -ftree-vectorizer-verbose=1

所以，指令集是机器码，新的机器码就需要新的 汇编指令，汇编指令 跟 C语言如何应用这些新的指令，基本上都是 intel 或者 AMD 提供的代码，有时候 gcc 翻译器不太智能，就需要手写汇编。

所以说，当一个新的指令集出来，你升级一下 gcc 版本，就可能用上这些新的指令集，程序性能也就提高了。

接下来就是更上层一点的语言， python ， nodejs，go，php，这些语言多多少少，某些部分是用C语言写的，所以升级 gcc 也会令这些语言提高性能，我知道的就是 PHP 完全是用 C语言写的。这就是 计算机 分层设计的好处。不过高级语言的一个问题是，只能借助GCC编译器来使用新的指令集，一旦GCC编译器不太智能，语言的实现代码就需要嵌入一些手写汇编来提供 PHP 的性能，这个过程只能社区来做，也就是等语言的版本升级，intel 或者 amd 不搞这个，他们只提供 gcc 的支持。

整个生态链的流程图如下：

由于笔者的水平有限， 加之编写的同时还要参与开发工作，文中难免会出现一些错误或者不准确的地方，恳请读者批评指正。如果读者有任何宝贵意见，可以加我微信 Loken1，QQ：2338195090。