计算机流水线在正常程序中的体现(效果可视)

众所周知,流水线技术对于软件开发人员不是可见的(visiable),毕竟已经在在机器语言之下,是组成机器语言的基本逻辑

但今天我就带领大家看看我新发现的结果,那就是流水线的可视效果,包括流水线预测技术的侧面体现,当然也是可见的

首先我先声明一下需要的基础,需要懂16位以及32位操作系统下的汇编语言,不懂者当然是不能体会到这篇文章的意图的

知识点来源:x86汇编语言从实模式到保护模式(希望以后大家写博客能标出知识点来源,帮助小白纠正知识是从博客学来的坏习惯,以及给大家一个深入学习的机会)

好了,直接开始看代码(全汇编)

 1    mov eax,cr0 
 2    or eax,1 
 3    mov cr0,eax ;设置PE位    并以32位模式开始译码
 4    
 5    ;以下进入保护模式... ... 
 6    ;jmp dword 0x0008:flush ;16位的描述符选择子：32位偏移 
 7    
 8    ;清流水线并串行化处理器 
 9    [bits 32];将之后的代码全部解析成32位模式代码 
10    flush: 
11    mov cx,0100 ;加载数据段选择子(0x10) 

1-3行就是将16位实模式转换到32位保护模式，并且将16位下的译码模式转换成32位的译码模式

第6行的代码是跳转到flush标签,也就是第10行,不过我在这里先行给它注释

第9行是一条对于编译器有作用的标签,和C语言中的#pragma comment差不多,这里的意思是之后的代码全部编译成32位的汇编

下面是运行时的反汇编代码

 这两条连续的反汇编指令是从汇编代码中的第三行开始的,我把汇编代码以及机器指令一并圈了出来

大家有没有发现不对劲,第二条反汇编指令和我们手写的汇编指令不能说是看不出来,只能说是毫无关联,

明明我们的操作数是cx,这边竟然变成了ecx,还有立即数,明明是0x0010，这边变成了0xd98e0010，也不怪大家看不出来,这换谁都一样

大家都知道,机器是很傻的,我们叫他干啥,他就干啥,这边为什么就没有听我们的话呢

其实就是因为计算机流水线的缘故,大家可以回忆一下流水线的特性(不会等一条指令执行完了,再取下一条指令)

我们再仔细观察一下第二条指令的机器代码, 66 b9 10 00 8e d9

66这这机器指令前缀的作用是16位模式下,将16位寄存器转成32位寄存器,

32位模式下,将32位寄存器转成16位寄存器,

因为32位和16位下的代表寄存器的机器码是一样的,就比如16位下cx是d9,而32位模式下ecx也是d9,那总得有机器码在32位下表示cx吧

就拿上面这条66 b9 10 00 8e d9 举例

32位模式下这条指令是 :mov cx,0x0010(8e,d9之所以没了,就是因为cx装不下,本来这就是下一条指令的内容)

而16位模式下就是：      mov ecx,0xd98e0010

很明显啊,我们的代码使用了16位下的解码方式,但是我们明明已经进入了保护模式

而究其原因就是计算机流水线的缘故了,很明显是我们在mov cr0,eax之前就开始译码(decode)了mov cx,0x0010,而且是以16位模式译码,直接导致了程序的失控

现在我们把汇编代码第6行的注释打开,让jmp生效(虽然我的学过的流水线遇到jmp是不会导致流水线暂停的,但有可能我虚拟机模拟的硬件太老)

 可以看到,这下反汇编指令就是完全正确的了,也的确说明了流水线发生了暂停,不然我们解码肯定会以16位来解码