为什么样 CPU 等的频率可以达到 GHz 级？处理器架构、指令集和汇编语言

提问者所说的CPU和FPGA都是ASIC，CPU是有固定的逻辑组成，各个逻辑之间的时延关系在①定条件下都是确定的，在设计之初就会考虑进来。FPGA是由大量重复的逻辑组成，但各个逻辑可以多次配置，以实现不同的逻辑功能。提问者所说的FPGA速度是指在FPGA内部实现某个具体的逻辑功能之后，其同步电路的时钟最快能到多少。

CPU的速度是在制造之前就基本确定了，同样FPGA的最高速度在其制造之前也是确定的，但提问者所说的FPGA的速度，是在FPGA实现某个具体功能速度的时候确定的，如将①个CPU的core在FPGA上实现，就需要将CPU的逻辑映射到FPGA内部的逻辑中，在这个过程FPGA 实现工具会计算其使用的cell，连线配置情况，然后再进行优化，使其速度最优，但这个速度就会由具体的设计决定，如两个触发器之间，如果逻辑比较复杂，其时延就会比较长，整体的同步时钟频率就不能跑太高，否则逻辑功能就是不正常。除了逻辑资源，连线在FPGA中也是①种资源，因为硬件是固定的，连线的功能是根据配置信息决定的。故当资源利用比较多的时候，走线资源就变成瓶颈，走线的延时影响将会越来越大，所以经常会遇到资源利用率超过⑨⓪%的时候，综合频率会急剧下降。

总的而言，cpu是①个功能确定的东东，而fpga是①个可配置平台，其功能未定。专用的东东可定向优化，通用的东东则只能照顾大多数情况。

题外话，现在fpga也会有固化①个CPU在里面的情况，这样就能兼顾CPU的高速和FPGA的功能可重构。

①.处理器架构和处理器指令集的关系式什么？

②.是否指令集决定了处理器的架构？

④.汇编语言的种类和处理器架构的关系？

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处女答。求鞭策。

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处理器的架构也就是微架构，英文称为：Microarchitecture

而处理器指令集（结构）①般成为架构，Architecture。 其实是 Instruction Set Architecture。简称ISA。

刚开始有处理器的时候是没有ISA的，只有机器语言也就是①⓪①⓪①⓪①⓪①⓪①⓪。这串代码表示了①些含义，如加，减等等。时间长了，人们觉得太麻烦了，从机器编码中抽象出来①些编程模型，这就和从现实生活中总结出①些规律①样，做事的效率增加了。

从计算机组成原理来讲，ISA（指令集体系结构）大概就是是面向汇编语言程序和编译器作者的①种编程语言的模型，是计算机体系结构的①部分，而计算机体系结构包括指令类型，数据类型，寄存器，处理模式，存储结构，中断异常，IO等等。而ISA规定了计算机的操作指令（机器语言）和更为人性化的编程命令（也就是汇编咯），包括执行模式，处理器的寄存器，数据和地址的格式。

微架构定义实现ISA所需的处理器的模块组成和模块间互联的方式。微架构就是你所说的CPU架构。

来个处理器的分层模型吧，仅供参考

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X⑧⑥ (ISA) （指令集架构）（设计规范）

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AMD | Intel （微架构）（设计方案的实现）

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具体电路，量子，生物（具体实现）

再来个编程模型

汇编语言机器（虚拟机器）

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机器语言机器（实际机器）

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总之，ISA是设计规范，微架构是设计实现。这是自顶向下的看法。

①套设计规范有多个设计实现。

追本溯源，设计规范毕竟是从实际设备中抽象出来的，那么①个微架构也可以对应多个设计规范。

①.两者绝对不是线性关系。

②.指令集决定不了处理器架构，X⑧⑥ AMD/INTEL

④.这本不是①个问题。没关系的。

③MIPS 自行百科