CPU如何“知道”命令和指令的实际含义？

处理器如何“知道”不同命令的含义？

我正在考虑汇编级别的命令，例如MOV，PUSH，CALL等。

当计算机解释汇编级指令时，这些指令将转换为它们的等效二进制文件，以供CPU读取。当CPU执行指令时，它将指令的操作码部分解释为单独的“微程序”，其中包含等效的微代码。如您所知，完整的汇编指令由操作码和与之相关的所有适用数据组成（如果需要）（例如，寄存器名称，内存地址）。

微码指令的级别极低（在汇编时更是如此），并控制实际的数字信号，这些信号控制着微处理器中的逻辑流。例如，一条微代码指令可以用新值更新条件代码寄存器标志，或者将CPU 寄存器与ALU单元之一连接。可能执行更复杂的任务，但这向您展示了微代码的用途的一般概念。

从编译到执行的一般流程如下。汇编指令已被汇编（转换为二进制等效值0和1，或从现在开始转换为逻辑信号）。这些逻辑信号依次由CPU解释，并转换为更低电平的逻辑信号，这些逻辑信号指示CPU的流程执行特定的指令。这可能需要一个或多个时钟周期，具体取决于处理器的体系结构和设计（大多数处理器参考手册会告诉您执行一条特定指令（例如该指令）需要多少个时钟周期）。

所有这些都是通过硬编程的微代码（物理地嵌入到处理器中的某种ROM中，在制造过程中设置的）完成的，该微代码将流引导通过实际的低级逻辑门。这在抽象汇编指令和处理器中的物理电子逻辑之间提供了接口。

因此，总而言之，处理器指令是由处理器汇编和加载的。然后，处理器将使用这些指令来查找与该特定指令相对应的微程序（以微代码的形式），这是“实际”执行该指令的过程。一旦执行了特定指令的微码（可能需要一个或多个时钟周期），处理器便会执行微码以获取下一条指令，并重复该周期。

处理器并不真正“知道”命令是什么。这些命令只是二进制模式，导致处理器执行我们解释命令所要表达的意思。

例如，ADD-R1-into-R2操作将导致寄存器1和2的值达到ALU（算术和逻辑单元），使ALU使用加法器的输出而不是其他各种填充，并导致ALU的输出，以取代在寄存器2的值有简单的逻辑电路来实现所有这些事情（多路转换器，加法器，计数器，...），尽管真实处理器使用非常复杂的优化。

这有点像您在问，当您踩刹车时，汽车如何知道会减速。汽车不知道，制动踏板恰好间接控制着硬垫如何压在车轮上。

以指示x86 / IA-32处理器将立即8位值移入寄存器的指令为例。该指令的二进制代码是10110，其后是要使用其寄存器的3位标识符。AL寄存器的标识符为000，因此以下机器码将数据01100001装入AL寄存器。

10110000 01100001

通过以十六进制表示，可以使此二进制计算机代码更易于阅读。

B0 61

在此，B0表示“将以下值的副本移动到AL中”，并且61是值01100001的十六进制表示形式，即十进制的97。英特尔汇编语言为此类指令提供了助记符MOV（move的缩写），因此上面的机器代码可以用汇编语言如下编写，如果需要，在分号后加上解释性注释。这更容易阅读和记住。

http://en.wikipedia.org/wiki/Assembler_language

换句话说，当您“汇编”汇编程序时，您的指令如

MOV AL, 61h

被转换为数字，CPU将其赋予特殊含义，然后采取相应的行动。

建议阅读：

• 克莱夫·麦克斯菲尔德（Clive Maxfield）向布尔布吉（Boogie）博学
• 哈里斯和哈里斯的数字设计和计算机架构
• 计算机组织和设计： Patterson和Hennessy 的硬件/软件接口

另请参阅 UC Berkeley的CS152：计算机体系结构和工程课程的注释，该课程中学生可以实现CPU。

如果您用Google搜索“自家的CPU”，您会发现很多好东西。

在最低的最低级别上，CPU所能做的就是添加。从加法中，它可以减去，相乘和除法（请参阅这些只是以不同的方式进行加法）。CPU通过将添加的内容应用于内存地址来使用它在内存中移动数据。

请记住，尽管这是最低级别的。实际上，CPU确实以微码的形式“理解”某些命令。参见Breakthrough的答案，写得很好。

我在developers.stackexchange.com上提供了相关的答案，请参阅计算机如何工作？在这里，我简要地介绍了有关计算机如何解释指令到移动电子的所有内容。