指令集如何标准化？

Question

我的理解是AMD64是AMD发明的，作为x86的64位版本。

AMD 和 Intel 都添加了新指令（因为它们是仅有的两家实现 AMD64 的公司）。实际上，不存在像 C++ 那样的中央标准。

当添加新指令时，它们通常是“集合”的一部分，例如 sse 或 avx。

在我的研究中，有些指令的指定是不一致的，即并不总是清楚一条指令属于哪一个集合。

什么定义了指令集？对于哪些指令属于哪些指令集是否存在普遍协议，或者是由惯例决定的？

Answer 1

80x86 本质上是 8086 指令集（从 20 世纪 70 年代末开始）加上不同供应商添加的“可选”扩展；许多扩展变得无处不在（一段时间后所有供应商都支持有效的“伪标准”）；具有交叉许可协议，用于允许一个供应商提供另一供应商的扩展的兼容实现。

随着时间的推移，这（所有“可选但普遍存在”的扩展）变得变得尴尬。帮助解决这个问题； AMD 创建了“AMD64”，这是给一大组不同扩展（来自不同供应商）的名称，以形成新的基线。它由长模式（AMD 的 64 位扩展，它扩展了 Intel 的一些不同的扩展 - 主要是 32 位保护模式扩展和“PAE 分页”扩展），加上 SSE（来自 Intel），加上 SYCALL（来自 AMD），加上许多较小/较旧的东西（TSC、CPUID、INVLPG、MSR，... - 主要来自英特尔）。当然，交叉许可协议意味着其他供应商可以实现所有这些不同的扩展（并因此实现新的“AMD64”基线）；因此，Intel 和 VIA 都在其 CPU 中添加了对 AMD64 的支持。

其他所有 ISA 的相似之处在于都有基本标准（例如 Aarch64）和供应商特定扩展（例如 Apple 添加到其 M1 芯片中的矩阵和机器学习加速器）。根本区别在于，没有任何其他 ISA 的交叉许可协议（例如，如果高通想要实施苹果的扩展，他们可能最终会打上几年的法律战）。

另一个区别是 80x86 有一个明确的方法让软件识别可选扩展（通过 cpuid 指令），该扩展被分为供应商特定范围（例如，从 0x0000000 开始的 Intel 扩展/功能、虚拟机管理程序扩展） /features 从 0x4000000 开始，AMD 的扩展/功能从 0x8000000 开始，Transmeta 的开始于0x8086000，Centaur/VIA 从 0xC000000 开始）。这使得供应商可以随时添加自己的扩展，而不会引起冲突；并允许软件在所有供应商的 CPU（以及来自同一供应商的旧 CPU 和新 CPU）上正常工作，方法是询问 CPU 它支持哪些功能，然后启用对 CPU 提供的扩展的支持（例如粗略地像“if( CPU_supports(thing) ) { use_thing(); } else { use_alternative() });

什么定义了指令集？是否有一个普遍的协议，即哪些指令位于哪些集合中，或者是由惯例决定的？

每个供应商都定义了自己的扩展（无需浪费 3 年时间与竞争对手争论，最终达成“由委员会设计”的妥协方案）。

请注意，有时这意味着您会获得竞争性的替代扩展（例如 3DNow 与 SSE，或 SYSCALL 与 SYSENTER，或 AMD 的虚拟化扩展与 Intel 的虚拟化扩展，或...）。他们中很少有人正式死亡（例如 3DNow）。

另一件值得一提的事情是，对于 ISA 本身来说，非常强调向后兼容性。你几乎可以保证明年的CPU仍然能够运行40年前的16位软件。无论好坏，破坏向后兼容性的是其他一切（操作系统、设备、固件……），而不是 ISA 或扩展。

Answer 2

不存在这样的事情，我也无法想象怎么会有。

英特尔的一名或多名人员为其产品定义了指令集。如果 AMD 碰巧能够制作合法的克隆（他们已经做到了），并且作为该协议的一部分，或者甚至可能没有，但会受到一些惩罚，他们会添加额外的指令/功能。首先，如果他们想要兼容的话，他们就应该这样做并保持一定的兼容感。其次，如果他们想要添加扩展并且能够逃脱惩罚，那完全是 AMD 一名或多名工程师的责任。然后，如果英特尔去制定一些新指令，那就是一名或多名英特尔工程师。随着历史的发展，你会看到其他完全无关的团体，比如 gnu 工具人员、微软工具人员和一系列其他人员，以及使用工具和制造产品的操作系统人员，直接或间接选择使用哪些指令。随着历史的发展，其中一些仅英特尔或仅指令可能会受到一方或另一方的青睐。如果该方碰巧有影响力（微软 Windows、Linux 等），以至于对英特尔或 AMD 施加压力，要求其以某种方式倾斜，那么他们就是在公司内部的管理和工程部门这样做的。他们可以选择不遵循用户想要的，并尝试将用户推向他们的方向。一种或另一种产品线的简单销售可能决定各方决策的成功或失败。

我想不出人们实际上同意的一个或多个标准，即使他们可能有穿着带有相同徽标的衬衫参加标准机构的代表。从 pcie 到 java 再到 C++ 等（C 和 C++ 非常糟糕，因为它们是编写出来的，然后试图标准化，这只是补丁，留给各个编译器作者的解释选择太多了）。您希望在商业上获胜，从而使自己与其他人区分开来。我有一个 x86 克隆，它便宜得多，但性能与 intel 一样好 95%。另外，我添加了我自己的英特尔没有的东西，我付钱给员工添加开源东西，使这些开源东西成为可选的以获得功能/性能提升。这使我在竞争中脱颖而出，对于某些用户来说，我成为他们唯一的选择。

架构的指令集（随着时间的推移，x86 拥有很长的架构系列，arm 也有，而且在我看来，它们的组织性更强，等等）是由该公司内的个人或团队定义的。故事结束。最好的情况是他们可能必须避免专利（是的，有些专利是你必须避免的，这使得制定新的指令集变得困难）。如果英特尔和 AMD（或英特尔团队 A 与英特尔团队 B、AMD 团队 A 与...）等两个竞争且兼容的架构碰巧采用彼此的功能/指令，那么它更多的是市场驱动的，而不是某些标准机构。

基本上看看 itanium 与 amd64 的对比以及结果如何。

x86 的历史有点像一场噩梦，我仍然无法理解为什么它仍然存在（与指令集的质量无关，而是与业务的运作方式无关），因此试图给事物贴上标签并组织起来将它们放入单独的盒子中，实际上不会增加​​任何价值并会造成一些混乱。 intel的r代有这个，amd的m代有那个，我的工具支持这个的gen r和那个的gen m。明年我将亲自选择是否要支持下一代。永远重复，直到产品死亡。您还必须选择是否要支持老一代，因为尽管理论上是兼容的，但它们可能具有相同的指令，但具有不同的功能/副作用。