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說是科普但就是我感冒在家無聊出來幹個古、帶帶風向(? 比起前幾天製程一知半解的文來說 這算是我的主戰場,但人感冒難免有錯請看官們海涵 警告:職業病的關係有些詞彙我比較喜歡原文,所以看起來會是討厭的晶晶體 1. 甚麼是Microcode 在了解為甚麼需要跟甚麼是Microcode前,先來看一下高階語言的流程 Source code→Compiler→Machine code Machine code裡面放著很多machine language instruction(機器指令) 所謂的CISC(複雜指令集)、RISC(精簡指令集),複雜精簡指的是機器指令複雜度。 CISC特點就是指令數非常多而且複雜,指令長度也不等,這和Microcode什麼關係呢? 以前設計CPU的時候都是直接硬體實現(hard-wired),fetch、decode、execute (包含位 址計算、讀取、寫入等等),都是直接用組合邏輯+狀態機電路直接實現並控制的,優點是 硬體執行非常高效。但在後來CISC持續發展下,尋址(addressing)等複雜操作要完全用硬 體實現就越來越不現實也很難維護,所以Microcode就這樣生出來了。 講了那麼多,Microcode到底是什麼? 其實就是把一個指令拆解成很多個Microcode (Micro-ops),這些microcode是可以直接被硬體實現(執行)的,這樣做降低了很多設計上 的難題和複雜度。Microcode就是一個執行的最小單位(low-level layer)。 Machine instruction執行的時候需要解碼(Decode),負責解碼的單元叫做Instruction Decode Unit(IDU),IDU大略可以分成兩部分,hardware decoding和microcode decoding ,前者就是直接硬體實現(hard-wired)一些基本指令,例如加減;後者就是負責將複雜指 令轉成數個micro-ops,簡單一點的可能一個micro-ops,普通3~4個左右,複雜的4個以上 。 x86在80年代後就一直有用microcode,並且Intel在發生了下面要講的事件後開始思考能不 能透過維護microcode來達成出貨後的錯誤修正。 2. Intel大出包 在這次的事件前,Intel出過最大的包應該就是1994年Pentium FDIV bug了,源頭是FPU 的浮點除法指令,在1994年有個美國教授(是數學還是CS我忘了),有個研究需要用電腦做 除法運算,但是他在用電腦處理除法的時候發現答案是錯的,後來種種原因發現是Intel在 當時為了加速運算,把乘法表燒錄在CPU上,但其中有5個輸入錯誤。 其實在運算過程中是會自動修復,只有幾個數字才會完全錯誤,但這位教授很幸運地遇到 了。事後統計我記得是90億次除法才會出現一個錯誤,平均故障是700年才會發生一次(還 是800我也忘了)。後來事件的結果是全面召回有缺陷的CPU。 事件發生後Intel就開始思考出貨後要怎麼維護硬體故障了,很明顯microcode就是一個最 好的維修孔,至於實際上怎麼維修或是patch就是它們的商業機密了,但最後對使用者的方 式就是兩個BIOS更新和作業系統更新。 3. 總結 Microcode是一本基本手冊,利用這本手冊可以實現複雜的指令(CISC) Microcode的角色是: A. 指令執行的最小單位 B. CPU內部硬體控制 C. CPU出貨後的維修孔 Microcode其實很有趣,某種程度上RISC的誕生也有淵源,因為在1970年代中期IBM內部的 Project,他們分析了S/360還有S/370的數據得到了一個結論:Microcode的引入會導致 「執行最頻繁執行的指令」時產生很大、昂貴的開銷,這個結論其實就是RISC的源起和概 念。 突然想到補充一下這個Project就是IBM 801,由John Cocke主導,他是圖靈獎得主也被譽 為RISC架構之父,同時也是CYK Algorithm裡的C,(另外兩人是Daniel Younger、嵩忠雄) 其實還有很多能講的,為了避免過於嘮叨就暫且不提,有人有興趣的話再寫 而且如果完全不知道Microcode是甚麼我想這些應該足夠了xD 最近開始嘗試與他人交流(? 我其實不太確定這樣的文章(包含之前在板上PO的),對於小白來說能看懂多少,我是希望 能讓完全不懂的人了解到底在講什麼東西,起碼這是我在甚麼都不懂的時候,會想要得到 的知識、資訊。如果看了有點心得的人可以給我一點反饋 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.248.158.55 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/PC_Shopping/M.1721742613.A.240.html ※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/23/2024 21:51:34
smallreader: 熱心講解推220.142.66.69 07/23 21:51
mrme945: 推科普,這幾天電蝦水準整個都高了不少111.71.212.153 07/23 21:54
EraKing: 有趣文章推1.165.223.42 07/23 21:57
cgalen1994: 長知識125.229.187.235 07/23 22:01
zseineo: 推 111.243.97.202 07/23 22:03
a20556: 推 科普讚讚111.252.138.240 07/23 22:05
CircusWorld: 感謝分享123.205.143.107 07/23 22:09
weiber82: 感謝分享,還是用arm好惹39.15.8.227 07/23 22:13
Pchome12H: 看到一半驚覺拉上去看ID後才繼續看完 42.72.147.146 07/23 22:15
Alllllogo: 如果你明天有放假,能不能用個Ai生圖 39.1.34.24 07/23 22:20
Alllllogo: 來講解....39.1.34.24 07/23 22:20
AI生圖xD? 你想看怎麼樣的圖片 文字太多難以下嚥嗎xD?
ctes940008: 聽君一席話 36.239.215.108 07/23 22:21
kawa0710: 推專業文106.107.215.228 07/23 22:24
TISH12311: 你484想帶學術風向= = 111.250.6.69 07/23 22:25
※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/23/2024 22:31:16
Yatta: 推114.43.22.65 07/23 22:29
mayolane: 大師1.161.122.158 07/23 22:31
Cubelia: 以前microcode大到能從dieshot看到結構111.255.28.25 07/23 22:32
allyourshit: 看到中間一直覺得會跳出胡歌老公出來 1.34.92.164 07/23 22:33
阿月是不是很久沒發文了阿,好像很久沒看到了xD ※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/23/2024 22:36:00
cc431015: 好文推 61.62.197.40 07/23 22:34
※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/23/2024 22:38:12
sdbb: 颱風夜優文,謝謝112.104.64.201 07/23 22:41
labbat: 不太滿意一詞多義,雖然知道是英特爾幹法 180.177.2.153 07/23 22:47
labbat: 然而可程式化的環節和解碼的環節要區分開 180.177.2.153 07/23 22:48
我知道你意思也確實是以Intel家為出發點寫這篇,下次改進
cutejojocat: 先推不然等等怕被發現看不懂 36.229.202.227 07/23 22:55
jay920314: 推 好多長知識文此風可長 1.200.57.105 07/23 22:57
proton63: 推36.236.249.53 07/23 23:01
yymeow: 推專業文,這幾天真的神人輩出114.25.212.97 07/23 23:02
dos01: 剛才把科普看成抖音...我覺得今天該早點睡182.155.78.98 07/23 23:02
dogluckyno1: 推推36.238.158.130 07/23 23:04
chibon1992: 推101.12.16.19 07/23 23:05
weimr: 推 61.224.136.251 07/23 23:05
cliff2001: 推 223.140.43.33 07/23 23:13
E7lijah: ptt是學術論壇 沒毛病 27.52.66.205 07/23 23:23
aasssdddd: 最重要馬口怎麼應用去修正hw沒講 36.229.59.11 07/23 23:23
具體修正的細節是商業機密,我要是知道的話就不會在這邊惹
se2104: 推 122.55.34.138 07/23 23:26
andy188: 推27.51.42.113 07/23 23:27
harry886901: 對不起我只能說你講的已經比我計算機61.63.210.182 07/23 23:29
harry886901: 組織的教授好多了 61.63.210.182 07/23 23:29
guanting886: 樓上 幫老師上圖 42.78.155.164 07/23 23:41
fufu8aa: 推118.161.195.122 07/23 23:58
※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/24/2024 00:17:52
GonXiaXiao: 好文推 101.12.155.61 07/24 00:20
Nafusica: 無聊說一下,microcode後來在開發階段220.141.218.222 07/24 00:26
Nafusica: 可以做很多有用的事情 像是early sample220.141.218.222 07/24 00:27
Nafusica: 可以暫時寫到bios讓開發中的mb開機測試220.141.218.222 07/24 00:27
Nafusica: 量產大貨的時候可以移除掉es的支援220.141.218.222 07/24 00:27
Nafusica: 以前頂級玩家也會爭取mb廠先拿初期的220.141.218.222 07/24 00:28
Nafusica: microcode來跑極限成績之類220.141.218.222 07/24 00:28
懂行的xD 沒錯 感謝補充 ※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/24/2024 00:42:17
lunaX19: 推 1.164.155.86 07/24 00:42
sunyanwen: classic microcode是這樣,modern "micr 132.226.0.200 07/24 00:44
sunyanwen: ocode"包含更多,像CPU的PCU Firmware就132.226.0.200 07/24 00:44
sunyanwen: 管理turbo,frequency,vid,power等 132.226.0.200 07/24 00:44
是的,感謝補充,這部分忘了寫,下次改進 ※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/24/2024 00:56:28
lukeatlee: 推 滿有趣的解釋 也好奇Error hand 123.50.45.219 07/24 00:56
lukeatlee: ling原理(逃 123.50.45.219 07/24 00:56
Error handling也是蠻多能寫的,CPU層級的interrupt、OS IPC層級、程式語言層級的ex ception ※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/24/2024 01:04:27
niverse: 很有趣 推個 150.117.240.33 07/24 01:12
niverse: 拜託續集XD 150.117.240.33 07/24 01:13
roseritter: 推 認真文 111.254.72.165 07/24 01:19
y7moremore: 看不懂也推 49.216.25.135 07/24 01:27
z1357961: 推科普 165.91.13.20 07/24 01:42
fate201: 推學術 喚醒死去的計算機概論的記憶 114.43.19.214 07/24 01:47
woula: 推 很不錯,受教了XD 1.161.81.144 07/24 02:26
as134679258: 長知識 推 114.34.72.78 07/24 02:42
neo5277: 推個˙ 1.162.145.171 07/24 03:16
justicebb: 推科普 很好睡123.110.195.144 07/24 03:35
moocow: 推 114.32.252.42 07/24 03:56
ShibaTatsuya: 推 PTT果然是學術論壇 203.204.7.54 07/24 04:49
kelvin0004: 死去的計結記憶在攻擊我219.70.139.149 07/24 05:28
xxxx9999xxxx: 推。 1.172.175.87 07/24 05:53
iorittn: 推223.138.121.71 07/24 06:42
DivineSX: 推推114.40.135.239 07/24 06:45
bhmagic: 聽君一席話 知君是文組 76.82.233.154 07/24 07:38
Dreampen: 推講解122.116.209.70 07/24 08:49
DarkPST: 感謝科普 194.114.136.8 07/24 08:59
Recluz: 讚讚 版上需要更多這種優質文 118.160.61.30 07/24 09:07
greg7575: 應該不會在這版上出現胡歌老公吧。111.251.240.184 07/24 09:25
bunjie: 推推 希望能有更多深入介紹182.155.240.233 07/24 09:39
fanyuzeng: 推解說 61.223.31.125 07/24 09:55
ClixTW: 推推,看了覺得很有趣 101.137.80.248 07/24 09:57
kuroshizu21: 言簡意賅, 清楚易懂, 期待下一篇!! 114.47.72.135 07/24 10:31
kuroshizu21: 而且這樣拋磚引玉的文章也讓板上很多114.47.72.135 07/24 10:33
kuroshizu21: 其他的板友出來回應/補充/討論, 我個114.47.72.135 07/24 10:33
kuroshizu21: 人覺得這樣很棒 114.47.72.135 07/24 10:34
ufoufoufo: 推118.161.202.100 07/24 10:40
Fortis931: 小白狂喜 223.138.92.121 07/24 10:41
andy6805: 電蝦一片業代中難得的清流 123.204.10.56 07/24 10:48
rgo: 至少能讓咱們理解下intel不是空口豪洨 223.137.12.107 07/24 10:52
info2000: 推推,我一直以為微碼只有辨識cpu的功能36.225.52.142 07/24 11:21
info2000: ,原來用處這麼大 36.225.52.142 07/24 11:21
AmibaGelos: 現代microcode和當初已經差很多惹 早36.231.132.162 07/24 11:33
AmibaGelos: 期指state machine 如arm push能挑哪36.231.132.162 07/24 11:33
AmibaGelos: 些reg存進stack 實際上是loop over指36.231.132.162 07/24 11:33
AmibaGelos: 令裡16個select bit 這部分到現在變36.231.132.162 07/24 11:33
AmibaGelos: 成decoder內的microcode 但microcode36.231.132.162 07/24 11:33
AmibaGelos: 更新包山包海 不論eTVB或之前spectre36.231.132.162 07/24 11:33
AmibaGelos: meltdown改分支預測行為都和原始micr36.231.132.162 07/24 11:33
AmibaGelos: ocode無關惹 只是當初借用名字36.231.132.162 07/24 11:33
是的,感謝補充,這部分稍嫌瑣碎就沒寫了
labbat: 借用名字描述得真好,之前想用重載或重新180.177.2.153 07/24 11:43
labbat: 定義的解釋效果都不太理想180.177.2.153 07/24 11:43
※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/24/2024 11:49:14
jacky841224j: 實現這語意有點奇怪,應該是達成吧 49.217.60.244 07/24 11:54
一般情況下我會講implement xD ※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/24/2024 11:57:53
y865504: 推專業 1.175.220.38 07/24 12:14
smartree: 又學了新知識了,好文推推 111.243.6.38 07/24 12:18
shadoM: 計組科普 122.117.127.48 07/24 12:24
nicetw20xx: 推 36.234.18.38 07/24 12:40
kyocartoon: 推專業 跪求續集 114.36.241.219 07/24 12:45
tomsawyer: 如果microcode能被永久放在cpu裡,那 1.200.96.190 07/24 12:58
tomsawyer: 一定有儲存結構 但應該沒有 1.200.96.190 07/24 12:58
tomsawyer: 所以ucode應該都是隨著os實時打上去的 1.200.96.190 07/24 13:00
其實是有的喔,有一塊ROM跟RAM,RAM是用來幫那塊ROM patch的。以Intel來說目前Microco de的讀寫都是透過Model Specific Register(MSR)
athraugh: 希望看續集 1.160.65.242 07/24 14:17
tw11509: 推 114.32.37.105 07/24 14:17
jhjhs33504: 常見BIOS更新microcode是CISC架構 36.228.21.82 07/24 14:42
jhjhs33504: RISC不確定是不是當成firmware寫入O 36.228.21.82 07/24 14:45
jhjhs33504: S image 36.228.21.82 07/24 14:45
jhjhs33504: 早期灌OS還得先灌驅動更新才行36.228.21.82 07/24 14:47
et84121: 推推 123.194.160.27 07/24 14:55
cmshow: 推,漲姿勢36.236.132.146 07/24 15:05
wk415937: 推 101.10.60.213 07/24 15:19
cancelpc: 用知識沖淡錢臭味 118.161.221.81 07/24 16:35
※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/24/2024 16:35:52
RusevDay: 先推再看 114.136.179.49 07/24 16:42
jhjhs33504: 手機通常出廠怎樣就怎樣 也可刷機破解 36.228.21.82 07/24 17:45
w9515: 推分享謝謝 223.140.62.60 07/24 17:48
yymeow: 再推一下,長知識了 114.25.212.97 07/24 17:52
Tenshi3028: 好文推推 220.133.91.47 07/24 18:11
ILike58: 這不算晶晶體啦,優質的中譯書籍也是這種 42.70.125.160 07/24 19:04
ILike58: 描述。 42.70.125.160 07/24 19:04
fantasy043: 推專業教導 辛苦了 211.23.27.67 07/24 23:14
canandmap: 推,謝謝分享 36.228.131.46 07/25 00:07
dowbane: 感謝分享 111.250.209.38 07/25 00:43
timofEE: 稍微看的懂 先推著明天來仔細看 123.195.1.131 07/25 02:32
amethystboy: 原來是商業機密 111.243.136.83 07/25 08:01
samsonfu: 推 27.51.59.176 07/25 12:32
doomsday0728: 推 跟上時事 36.234.204.45 07/25 14:53
jyhfang: 推 有些詞用原文完全沒問題 中文翻譯 220.134.41.251 07/25 17:18
jyhfang: 不一致 閱讀起來比較頭疼 220.134.41.251 07/25 17:19
kuseang: 推推 長知識 59.120.4.4 07/25 23:03
kaltu: 實現語境會怪是因為這也是大陸人翻英文不管 100.8.245.106 07/26 00:30
kaltu: 語境只看字典第一個意思的結果,跟面向對向 100.8.245.106 07/26 00:30
kaltu: 一樣的翻法 100.8.245.106 07/26 00:30
kaltu: 我對microcode的理解就是比較簡單的就算機 100.8.245.106 07/26 00:30
kaltu: 器碼的巨集展開器,比較複雜的就是機器碼的 100.8.245.106 07/26 00:30
kaltu: 直譯器 100.8.245.106 07/26 00:30
kaltu: 反正這個時代跟編譯語言直譯語言的區別已經 100.8.245.106 07/26 00:30
kaltu: 從根本上消失了,再怎麼編譯最後產生的mach 100.8.245.106 07/26 00:30
kaltu: ine code/binary 100.8.245.106 07/26 00:30
kaltu: 對CPU來說也只是microcode拿來interpret的b 100.8.245.106 07/26 00:30
kaltu: ytecode而已 100.8.245.106 07/26 00:30
a8785007: 原來是這樣啊 39.9.66.201 07/26 03:02
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