[閒聊] Microcode科普
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
--
※ 編輯: benmei99 (111.248.158.55 臺灣), 07/23/2024 21:51:34
熱心講解推
推科普，這幾天電蝦水準整個都高了不少
有趣文章推
長知識
推
推 科普讚讚
感謝分享
感謝分享，還是用arm好惹
看到一半驚覺拉上去看ID後才繼續看完
如果你明天有放假，能不能用個Ai生圖
來講解....
AI生圖xD? 你想看怎麼樣的圖片 文字太多難以下嚥嗎xD?
聽君一席話
推專業文
你484想帶學術風向= =
推
大師
以前microcode大到能從dieshot看到結構
看到中間一直覺得會跳出胡歌老公出來
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
好文推
颱風夜優文，謝謝
不太滿意一詞多義，雖然知道是英特爾幹法
然而可程式化的環節和解碼的環節要區分開
我知道你意思也確實是以Intel家為出發點寫這篇，下次改進
先推不然等等怕被發現看不懂
推 好多長知識文此風可長
推
推專業文，這幾天真的神人輩出
剛才把科普看成抖音...我覺得今天該早點睡
推推
推
推
推
ptt是學術論壇 沒毛病
最重要馬口怎麼應用去修正hw沒講
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
推
推
對不起我只能說你講的已經比我計算機
組織的教授好多了
樓上 幫老師上圖
推
好文推
無聊說一下，microcode後來在開發階段
可以做很多有用的事情 像是early sample
可以暫時寫到bios讓開發中的mb開機測試
量產大貨的時候可以移除掉es的支援
以前頂級玩家也會爭取mb廠先拿初期的
microcode來跑極限成績之類
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
推
classic microcode是這樣,modern "micr
ocode"包含更多,像CPU的PCU Firmware就
管理turbo,frequency,vid,power等
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
推 滿有趣的解釋 也好奇Error hand
ling原理（逃
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
很有趣 推個
拜託續集XD
推 認真文
看不懂也推
推科普
推學術 喚醒死去的計算機概論的記憶
推 很不錯，受教了XD
長知識 推
推個˙
推科普 很好睡
推
推 PTT果然是學術論壇
死去的計結記憶在攻擊我
推。
推
推推
聽君一席話 知君是文組
推講解
感謝科普
讚讚 版上需要更多這種優質文
應該不會在這版上出現胡歌老公吧。
推推 希望能有更多深入介紹
推解說
推推，看了覺得很有趣
言簡意賅, 清楚易懂, 期待下一篇!!
而且這樣拋磚引玉的文章也讓板上很多
其他的板友出來回應/補充/討論, 我個
人覺得這樣很棒
推
小白狂喜
電蝦一片業代中難得的清流
至少能讓咱們理解下intel不是空口豪洨
推推，我一直以為微碼只有辨識cpu的功能
，原來用處這麼大
現代microcode和當初已經差很多惹 早
期指state machine 如arm push能挑哪
些reg存進stack 實際上是loop over指
令裡16個select bit 這部分到現在變
成decoder內的microcode 但microcode
更新包山包海 不論eTVB或之前spectre
meltdown改分支預測行為都和原始micr
ocode無關惹 只是當初借用名字
是的，感謝補充，這部分稍嫌瑣碎就沒寫了
借用名字描述得真好，之前想用重載或重新
定義的解釋效果都不太理想
實現這語意有點奇怪，應該是達成吧
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
推專業
又學了新知識了，好文推推
計組科普
推
推專業 跪求續集
如果microcode能被永久放在cpu裡，那
一定有儲存結構 但應該沒有
所以ucode應該都是隨著os實時打上去的
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)
希望看續集
推
常見BIOS更新microcode是CISC架構
RISC不確定是不是當成firmware寫入O
S image
早期灌OS還得先灌驅動更新才行
推推
推，漲姿勢
推
用知識沖淡錢臭味
先推再看
手機通常出廠怎樣就怎樣 也可刷機破解
推分享謝謝
再推一下，長知識了
好文推推
這不算晶晶體啦，優質的中譯書籍也是這種
描述。
推專業教導 辛苦了
推，謝謝分享
感謝分享
稍微看的懂 先推著明天來仔細看
原來是商業機密
推
推 跟上時事
推 有些詞用原文完全沒問題 中文翻譯
不一致 閱讀起來比較頭疼
推推 長知識
實現語境會怪是因為這也是大陸人翻英文不管
語境只看字典第一個意思的結果，跟面向對向
一樣的翻法
我對microcode的理解就是比較簡單的就算機
器碼的巨集展開器，比較複雜的就是機器碼的
直譯器
反正這個時代跟編譯語言直譯語言的區別已經
從根本上消失了，再怎麼編譯最後產生的mach
ine code/binary
對CPU來說也只是microcode拿來interpret的b
ytecode而已
原來是這樣啊
推
堆
推
把學術論壇效益發揮的淋漓盡致
推 感謝科普
爆
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