x86为啥不兼容mips指令集？
x86 和 MIPS 指令集之所以不兼容，就像你问为什么一辆法拉利不能直接开进一个为大众甲壳虫设计的车库一样——它们在设计哲学、目标市场、历史演进以及底层实现上都有着本质的区别。这可不是什么小小的“误解”，而是从根本上的“基因”不同。
咱们得从头捋捋：
1. 设计哲学——复杂与简单的一场“战争”：
x86：CISC 的“集大成者”，追求极致的灵活性和丰富的功能。
x86 的前身是 Intel 8086，诞生于上世纪 70 年代末，当时计算机领域的一个重要趋势是 CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）。CISC 的核心思想是，用一条指令就能完成很多复杂的操作。
你可以想象一下，x86 的指令集就像一个装备精良的瑞士军刀，里面有螺丝刀、开瓶器、剪刀、锯子，应有尽有。比如，一条 x86 指令可能就能实现“从内存加载数据，进行算术运算，然后将结果写回内存”，这在 MIPS 里可能需要三四条甚至更多的指令来完成。
这种设计的好处是：
代码密度高： 完成相同的功能，x86 程序需要的指令数量更少，这意味着更少的内存占用和更少的指令从内存读取。在早期内存昂贵的年代，这可是个大优势。
对早期编译器友好： 早期编译器的能力有限，直接提供高级的指令，让程序员（或者说汇编程序员）更容易控制底层硬件。
它的坏处也是显而易见的：
指令格式不统一： 指令长度可变，有些指令非常复杂，解码起来也更困难。
执行效率受限： 复杂指令可能需要多个时钟周期才能完成，而且在流水线执行时，某些指令会成为瓶颈。
微码翻译： 很多复杂的 x86 指令在 CPU 内部实际上是被翻译成更简单的微操作（microoperations）来执行的，这增加了 CPU 设计的复杂性。
MIPS：RISC 的“先驱”，追求指令的简洁、高效和统一。
MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages，无内部锁流水线阶段的微处理器）诞生于上世纪 80 年代初，是 RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机） 架构的典型代表。
RISC 的哲学是“少即是多”。它只保留最常用、最简单、执行速度最快的指令，并且要求所有指令的执行时间尽可能一致，通常是单个时钟周期。
MIPS 的指令就像一把锋利且专精的刀，一次只能做一件简单的事，比如“加载数据到寄存器”、“在寄存器之间进行算术运算”、“将数据存储到内存”。
它的好处是：
指令格式统一： 所有指令长度相同，解码非常简单快速。
流水线效率高： 由于指令简单且执行时间一致，MIPS 非常适合实现高性能的流水线，可以最大化指令的吞吐量。
CPU 设计更简洁： 更少的指令意味着更小的 CPU 芯片面积和更低的功耗。
编译器优化能力强： 编译器可以更灵活地安排大量简单的指令来完成复杂任务，而且更容易进行寄存器分配和指令调度优化。
它的坏处是：
代码密度低： 完成相同功能需要更多的指令，占用更多内存。
2. 指令集结构和编码方式：
x86：
变长指令： 这是最显著的区别之一。x86 指令可以从 1 个字节到 15 个字节不等。这使得解析指令变得复杂，需要根据前缀字节来判断指令的长度和类型。
丰富的寻址模式： x86 提供了大量复杂的寻址模式（例如，基址+变址+比例因子），允许直接从内存中访问数据，而无需先加载到寄存器。
寄存器数量相对较少（早期）： 早期 x86 处理器，如 8086，只有几个通用寄存器。虽然随着发展，通用寄存器数量大幅增加，但其设计初衷仍受限于此。
操作数不限于寄存器： 许多 x86 指令可以直接操作内存中的数据，而无需将数据先加载到寄存器。
MIPS：
定长指令： MIPS 的指令长度通常是固定的 32 位（也有 64 位版本）。这极大地简化了指令的解码和流水线执行。
简单寻址模式： MIPS 主要依靠寄存器寻址，通常只有少量几种简单的内存访问模式（例如，基址寄存器 + 偏移量）。
更多的通用寄存器： MIPS 设计了大量的通用寄存器（通常是 32 个 32 位或 64 位寄存器），这使得编译器可以更有效地进行寄存器分配，减少对内存的访问。
Load/Store 架构： MIPS 严格遵循 Load/Store 架构，意味着所有对内存的操作都必须通过 Load（加载）和 Store（存储）指令来完成。CPU 内部的算术和逻辑运算只能在寄存器之间进行。
3. 目标市场和历史演进：
x86：
桌面和服务器市场的霸主： x86 从诞生之初就瞄准了个人电脑市场，并一步步渗透到工作站、服务器领域。由于其强大的兼容性和软件生态，它在这些领域建立了无可撼动的地位。
向后兼容是生命线： Intel 在发展 x86 的过程中，非常重视对早期指令集的向后兼容。这意味着新一代的 x86 处理器能够运行为老一代处理器编写的软件。这种兼容性带来了巨大的软件生态优势，但也使得指令集本身越来越臃肿和复杂。想象一下，为了兼容几十年来的各种软件，不断在指令集中添加新功能，却又不能轻易移除旧的。
性能提升靠硬件： 面对 RISC 的挑战，x86 通过不断增加晶体管数量、改进微架构、提高时钟频率、引入乱序执行、超标量执行、分支预测等硬件技术来提升性能，而不是改变指令集本身。
MIPS：
嵌入式系统和高性能计算的宠儿： MIPS 最初在工作站市场崭露头角，但由于其简洁高效的设计，很快在嵌入式系统（路由器、数字电视、游戏机等）领域占据了重要地位。它也曾在高性能计算领域有所建树。
指令集相对“纯粹”： MIPS 在其发展过程中，虽然也有迭代和扩展，但其核心的 RISC 设计理念保持得相对更纯粹，指令集没有像 x86 那样承担沉重的历史包袱。
更灵活的定制： 在嵌入式领域，MIPS 的架构可以根据具体需求进行定制和优化，这使得它在特定应用场景下表现出色。
总结一下：
x86 和 MIPS 的不兼容，根本原因在于它们是两种截然不同的设计哲学和实现路径。
x86 是 CISC 的集大成者， 牺牲了一定的指令集简洁性来换取代码密度和对海量历史软件的兼容性，并通过强大的硬件技术来弥补指令集带来的性能瓶颈。
MIPS 是 RISC 的先驱， 追求指令的精简、统一和高效，通过优化编译器和利用硬件流水线来达到高性能。
它们就像是两个独立发展的语言体系，词汇、语法、句法都完全不同，自然无法互相理解。要让 x86 处理器理解 MIPS 指令，或者反过来，就如同要让一个说英语的人突然能听懂中文一样，需要一个“翻译器”——也就是 模拟器。但这不是指令集本身的兼容，而是软件层面的模拟。
所以，x86 和 MIPS 的不兼容，不是一个“bug”，而是它们各自发展轨迹和设计理念的必然结果。它们分别在不同的领域取得了成功，并塑造了今天的计算世界。
咱们得从头捋捋：
1. 设计哲学——复杂与简单的一场“战争”：
x86：CISC 的“集大成者”，追求极致的灵活性和丰富的功能。
x86 的前身是 Intel 8086，诞生于上世纪 70 年代末，当时计算机领域的一个重要趋势是 CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）。CISC 的核心思想是，用一条指令就能完成很多复杂的操作。
你可以想象一下，x86 的指令集就像一个装备精良的瑞士军刀，里面有螺丝刀、开瓶器、剪刀、锯子，应有尽有。比如，一条 x86 指令可能就能实现“从内存加载数据，进行算术运算，然后将结果写回内存”，这在 MIPS 里可能需要三四条甚至更多的指令来完成。
这种设计的好处是：
代码密度高： 完成相同的功能，x86 程序需要的指令数量更少，这意味着更少的内存占用和更少的指令从内存读取。在早期内存昂贵的年代，这可是个大优势。
对早期编译器友好： 早期编译器的能力有限，直接提供高级的指令，让程序员（或者说汇编程序员）更容易控制底层硬件。
它的坏处也是显而易见的：
指令格式不统一： 指令长度可变，有些指令非常复杂，解码起来也更困难。
执行效率受限： 复杂指令可能需要多个时钟周期才能完成，而且在流水线执行时，某些指令会成为瓶颈。
微码翻译： 很多复杂的 x86 指令在 CPU 内部实际上是被翻译成更简单的微操作（microoperations）来执行的，这增加了 CPU 设计的复杂性。
MIPS：RISC 的“先驱”，追求指令的简洁、高效和统一。
MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages，无内部锁流水线阶段的微处理器）诞生于上世纪 80 年代初，是 RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机） 架构的典型代表。
RISC 的哲学是“少即是多”。它只保留最常用、最简单、执行速度最快的指令，并且要求所有指令的执行时间尽可能一致，通常是单个时钟周期。
MIPS 的指令就像一把锋利且专精的刀，一次只能做一件简单的事，比如“加载数据到寄存器”、“在寄存器之间进行算术运算”、“将数据存储到内存”。
它的好处是：
指令格式统一： 所有指令长度相同，解码非常简单快速。
流水线效率高： 由于指令简单且执行时间一致，MIPS 非常适合实现高性能的流水线，可以最大化指令的吞吐量。
CPU 设计更简洁： 更少的指令意味着更小的 CPU 芯片面积和更低的功耗。
编译器优化能力强： 编译器可以更灵活地安排大量简单的指令来完成复杂任务，而且更容易进行寄存器分配和指令调度优化。
它的坏处是：
代码密度低： 完成相同功能需要更多的指令，占用更多内存。
2. 指令集结构和编码方式：
x86：
变长指令： 这是最显著的区别之一。x86 指令可以从 1 个字节到 15 个字节不等。这使得解析指令变得复杂，需要根据前缀字节来判断指令的长度和类型。
丰富的寻址模式： x86 提供了大量复杂的寻址模式（例如，基址+变址+比例因子），允许直接从内存中访问数据，而无需先加载到寄存器。
寄存器数量相对较少（早期）： 早期 x86 处理器，如 8086，只有几个通用寄存器。虽然随着发展，通用寄存器数量大幅增加，但其设计初衷仍受限于此。
操作数不限于寄存器： 许多 x86 指令可以直接操作内存中的数据，而无需将数据先加载到寄存器。
MIPS：
定长指令： MIPS 的指令长度通常是固定的 32 位（也有 64 位版本）。这极大地简化了指令的解码和流水线执行。
简单寻址模式： MIPS 主要依靠寄存器寻址，通常只有少量几种简单的内存访问模式（例如，基址寄存器 + 偏移量）。
更多的通用寄存器： MIPS 设计了大量的通用寄存器（通常是 32 个 32 位或 64 位寄存器），这使得编译器可以更有效地进行寄存器分配，减少对内存的访问。
Load/Store 架构： MIPS 严格遵循 Load/Store 架构，意味着所有对内存的操作都必须通过 Load（加载）和 Store（存储）指令来完成。CPU 内部的算术和逻辑运算只能在寄存器之间进行。
3. 目标市场和历史演进：
x86：
桌面和服务器市场的霸主： x86 从诞生之初就瞄准了个人电脑市场，并一步步渗透到工作站、服务器领域。由于其强大的兼容性和软件生态，它在这些领域建立了无可撼动的地位。
向后兼容是生命线： Intel 在发展 x86 的过程中，非常重视对早期指令集的向后兼容。这意味着新一代的 x86 处理器能够运行为老一代处理器编写的软件。这种兼容性带来了巨大的软件生态优势，但也使得指令集本身越来越臃肿和复杂。想象一下，为了兼容几十年来的各种软件，不断在指令集中添加新功能，却又不能轻易移除旧的。
性能提升靠硬件： 面对 RISC 的挑战，x86 通过不断增加晶体管数量、改进微架构、提高时钟频率、引入乱序执行、超标量执行、分支预测等硬件技术来提升性能，而不是改变指令集本身。
MIPS：
嵌入式系统和高性能计算的宠儿： MIPS 最初在工作站市场崭露头角，但由于其简洁高效的设计，很快在嵌入式系统（路由器、数字电视、游戏机等）领域占据了重要地位。它也曾在高性能计算领域有所建树。
指令集相对“纯粹”： MIPS 在其发展过程中，虽然也有迭代和扩展，但其核心的 RISC 设计理念保持得相对更纯粹，指令集没有像 x86 那样承担沉重的历史包袱。
更灵活的定制： 在嵌入式领域，MIPS 的架构可以根据具体需求进行定制和优化，这使得它在特定应用场景下表现出色。
总结一下：
x86 和 MIPS 的不兼容，根本原因在于它们是两种截然不同的设计哲学和实现路径。
x86 是 CISC 的集大成者， 牺牲了一定的指令集简洁性来换取代码密度和对海量历史软件的兼容性，并通过强大的硬件技术来弥补指令集带来的性能瓶颈。
MIPS 是 RISC 的先驱， 追求指令的精简、统一和高效，通过优化编译器和利用硬件流水线来达到高性能。
它们就像是两个独立发展的语言体系，词汇、语法、句法都完全不同，自然无法互相理解。要让 x86 处理器理解 MIPS 指令，或者反过来，就如同要让一个说英语的人突然能听懂中文一样，需要一个“翻译器”——也就是 模拟器。但这不是指令集本身的兼容，而是软件层面的模拟。
所以，x86 和 MIPS 的不兼容，不是一个“bug”，而是它们各自发展轨迹和设计理念的必然结果。它们分别在不同的领域取得了成功，并塑造了今天的计算世界。
网友意见
如果兼容，龙芯岂不是可以装微软的系统了？
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你提出的这个问题非常核心，触及了英特尔x86架构设计的一个重要哲学。简单来说，这种限制是为了平衡指令的灵活性、性能以及设计的复杂度。让我们来剖析一下其中的原因。首先，我们需要理解一下什么是“源操作数”和“目标操作数”，以及为什么它们可以是内存。在CPU的指令集中，操作数（operand）就是指令要处.............
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