如果有的话,intel和amd的ISA之间的区别究竟是什么？

Question

我知道之前有人问这样的类似问题,但是有太多相互矛盾的信息,我真的想尝试一劳永逸地清理它.我将通过明确区分指令集架构(ISA)和实际硬件实现来尝试这样做.首先我尝试澄清:

1.)目前有intel64和amd64 CPU(除其他外,但这些都是重点)

2.)鉴于ISA是一个或多个CPU指令的二进制表示,这意味着ISA与其实际硬件实现完全分离.

我的问题:

intel 64和amd64 CPU之间的区别是否与不同的或扩展的x86-64 ISA有关？或者x86-64 ISA的不同硬件实现？或两者？

Answer 1

是的,ISA是文档/规范,而不是硬件.正确实现所有这些是x86 CPU的优点,而不仅仅是与x86具有相似性的东西.

有关官方文档(英特尔手册)的链接,请参阅x86标签wiki.

英特尔和AMD的x86 ISA实现主要区别在于性能,以及它们支持的指令集的扩展.软件可以使用该CPUID指令查询支持的内容.

这个相关的问题有几个答案,涉及这个问题所询问的一些相同的事情.

这里的一个主要分歧是英特尔,AMD和VIA 都有自己的硬件 - 虚拟化扩展,甚至都不兼容.因此像Xen这样的VM需要为每个扩展分别提供"驱动程序"或"后端"代码.但这些仍然是扩展,而不是基线x86的一部分.

用户空间程序使用的SIMD扩展最终可用于两者,由于英特尔努力将AMD与反竞争做法混为一谈,因此通常会延迟.这花费了其他所有人的时间,并且通常对整个x86生态系统有害(例如,SSSE3本来可以被认为是更多软件的基准),但有助于英特尔的底线.这里有一个很好的例子:AMD Bulldozer支持FMA4,但英特尔在最后一刻改变了主意,并在Haswell中实施了FMA3.AMD直到他们的下一个微筹码(Piledriver)才支持这一点.

鉴于ISA是一个或多个CPU指令的二进制表示.

不,ISA远不止于此.英特尔记录在所有x86 CPU上的所有内容都是ISA的一部分.这不仅是每条指令的详细行为,而且还包括控制寄存器执行什么操作以及内存排序规则.基本上,英特尔和AMD发布的手册中的所有内容都没有以"在这样一个特定的CPU模型上"开头.

我预计在某些情况下,英特尔和AMD的系统编程指南在x86应如何工作方面存在差异.(如果他们为x86 CPU发布了自己的VIA,那么就是VIA).我没有检查过,但我很确定用户空间不会受此影响:如果存在差异,它们仅限于特权指令,只有在内核运行它们时才有效.无论如何,在这种情况下,我想你可以说x86 ISA是英特尔和AMD文档的共同子集.

请注意,尝试查找实际硬件在实践中的作用对于理解文档很有用,但不能替代阅读文档.您不希望代码依赖于指令在您测试的CPU上的行为方式.

但是,英特尔确实使用真实软件测试他们的新设计,因为无法运行现有版本的Windows将是商业上的缺点.例如,Windows9x不会使TLB条目无效,这些条目只能以推测方式填充(本例的其余部分只是该详细博客文章的摘要和推断).这可能是基于它是安全的(并且当时在硬件上是安全的)假设的性能黑客,或者是未被注意到的错误.当时通过硬件测试无法检测到它.

现代英特尔CPU进行推测性的页面行走,但即使最近Haswell检测并击落了错误推测,因此假定这种情况不会发生的代码仍然有效.

这意味着真正的硬件提供了比ISA更强的订购保证,它说:

处理器可以缓存预取和访问所需的翻译,这些访问是在执行的代码路径中永远不会实际发生的推测性执行的结果.

尽管如此,依赖于这种更强的行为将是一个错误,除非你只在已知的微体系结构上进行.AMD K8/K10就像英特尔,但Bulldozer家族推测没有任何检测+回滚机制来提供连贯性,因此Win9x内核代码在该硬件上并不安全.未来的英特尔硬件也可能会放弃检测+回滚机制.

TL:DR:所有的搜索都实现了x86 ISA所说的内容,但有些提供了更强的保证.如果你和微软一样大,那么英特尔和AMD将设计出能够重现代码所依赖的非ISA指定行为的CPU. 至少在软件过时之前就已经过时了.无法保证未来的英特尔搜索将保留回滚机制.

一个不同的例子:根据英特尔insn ref手册中的纸张规范,bsf输入为零的指令使其输出不确定.

但对于任何特定的CPU,都会有一些行为模式,例如将输出设置为零或保持不变.从理论上讲,由于不同的微架构状态,对于相同的输入,无序执行CPU实际上会产生不可预测的结果是有效的.

但英特尔选择在硅实行行为是要始终保持不变的目标时,bsf或者bsr输入为零.AMD也是如此,甚至记录了这种行为.这基本上是一个非正式的保证mov eax,32/ bsf eax, ebx将完全像tzcnt(除了标志设置,例如基于输入为0的ZF,而不是输出).

这就是为什么popcnt/ lzcnt/ tzcnt错误依赖Intel CPU中的输出寄存器!.

CPU供应商通常会超越纸质ISA规范,以避免破坏依赖于此行为的现有代码(例如,如果该代码是Windows的一部分,或者Intel/AMD在其新CPU上测试的其他主要软件)设计).

正如Andy Glew在一篇关于上面提到的连贯页面遍历的评论主题中所说的,以及关于自修改代码:

特定实现必须实现与架构语句兼容但更强的规则,这是很常见的.但并非所有实现都必须以相同的方式执行.