CPU指令集浅说

许多人在选择 CPU，或了解 CPU性能时，常常忽略指令集这个指标，甚至认为它无关紧要的。 其实，指令集对于 CPU来讲，是相当重要的。 举个常见的例子吧，有些使用老机子的人，在玩 3D、视频、音频、图像、游戏等多媒体文件时，常常会感 到效果不好。速度慢、卡、甚至无法处理等。这其中最重要的一个原因，就是老机子的 CPU缺少先进的指令集。 本文就是力图用最通俗的语言，给非专业人士说说 CPU的指令集。都是从网上学来的，纯属个人理解，绝 非权威观点。由于尽量不使用那些艰涩难懂的专业术语，所以难免有不严谨之处。就当扫盲吧。 CPU 指令集浅说 啥是指令集？ 我们对电脑下达的每一个命令都需要 CPU根据预先设定好的某一条指令来完成。 这些预先设定好的指令是预存在CPU中的。CPU依靠外来指令“激活”自己内存的指令，来计算和操控电脑。 每款 CPU在 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 时就规定了一系列与电脑其它部件相配合的指令系统。 预先存储的指令越多，CPU 越“聪明”。可以做的“动作”越多。预先存储的指令越先进，CPU就越高级。就好 比大人脑袋里的知识多，所以比小孩聪明。 多个指令集中在一起，通常叫指令集。 基本指令集与扩展指令集 CPU都有一个基本的指令集，在基本功能方面，它们的差别并不太大。没有基本指令集的 CPU，就是“傻子” 一样的摆设。 为了提高 CPU在某些方面的性能，就必须增加一些特殊的指令满足特殊的需求，这些新增的指令就构成了 扩展指令集。也就是常说的指令集。 精简指令集与复杂指令集 不管是基本指令集还是扩展指令集，都有精简与复杂之分。 千万不要认为精简一定不如复杂。恰恰相反的是，目前的精简指令集比复杂指令集好得多。所以精简指令集 基本用于中、高档服务器中。尤其是高档服务器，使用的都是精简指令集。而且，精简指令集有不断向个人电脑 领域发展的趋势。 从长远上讲，精简指令集是以后高性能 CPU的发展方向。预计总有一天会一统江湖。 说到这，您一定会明白一个事实，那就是，目前绝大部分个人电脑都是使用复杂指令集的。 精简指令集（RISC） 精简指令集（RISC）有人又叫“简单指令集”。它是从复杂指令集（CISC）脱胎出来的。 在使用复杂指令集（CISC）的实践中，人们发现大部分程序（大约 80%）通常只使用复杂指令集（CISC） 中的很少部分指令（大约 20%）就能正常工作，其它的指令很少用到。于是就在这 20%的常用指令的基础上， 开发出了精简指令集（RISC）。 我们来看看下面复杂指令集与精简指令集的主要比较吧。 复杂指令集计算机（CISC） 精简指令计算机（RISC） 指令系统 指令比较多，基本上是一个功能一条 指令；每个特定、复杂的功能都有专 门的指令。因此实现特殊功能容易 每条指令可以处理的工作比较丰富； 格式不规则； 每条指令执行时间较长。 只有较少的常用指令；对不常用的功能或大部分复杂的操 作，则使用简单指令合成。因此在实现复杂功能时，效率 可能较低。但可利用流水线和超标量技术加以改进和弥补。 每条指令完成的动作也很单纯。 格式非常 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ； 每条指令执行时间都很短。 执行操作 指令多，操作直接。使用微程序来实 现指令操作。 在执行速度上不如精简指令集。 有限制，控制简单。大多数操作都是寄存器到寄存器之间 的操作。 执行速度较快。 CPU 电路单元丰富，结构复杂，面积大、 功耗大。 单元电路较少，结构简单，布局紧凑，面积小、功耗低， 易于采用最新技术。 非常适合采用流水线、超流水线和超标量技术，从而实现 指令级并行操作，提高处理器的性能。 无法摆脱的 x86 指令集 x86是一种复杂指令集（CISC）。一直被 Intel和 AMD两大 CPU开发商所垄断。 x86指令集是 Intel开发的，后来增加了 x87指令集，现在将 x86和 x87指令集统称为 x86指令集。并将使 用 x86指令集的系统统称为 x86架构。 虽然随着 CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的 CPU，而且每种新的 CPU，都会有自己新的指 令。但 Intel 不得不考虑这样一个事实，相当丰富的软件资源都是以 x86 指令集为基础编写的（例如：Win XP 操作系统就是 x86架构的）。为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序，以保护和继承丰富的软件资源， 所以 Intel公司所生产的 CPU仍然继续使用 x86指令集，仍然属于 x86架构。AMD也是向购买了 x86指令集的 使用权，来开发自己的 x86架构的 CPU。 这样就形成了如今庞大的 x86 系列 CPU。其被大量应用于个人电脑。可以这样说，目前绝大部分个人电脑 都是 x86架构的。 x86指令集是由基本指令集和扩展指令集组成的。其最常见的扩展指令集如下。 扩展指令集 目前常提到的扩展指令集大都是专门为多媒体应用的指令集。主要功能提高 CPU处理 3D图形、视频、音 频、图像等的能力，提高 CPU的处理速度等。 非专业人士并不一定非要详细了解这些指令集的一些专业知识的。只要记住，CPU可以支持的指令集越多， 指令集的版本越高，就越好。 属于 Intel的这类指令集主要有 MMX、SSE、SSE2、SSE3等，属于 AMD的有 3D Now!等。 随着 64位 CPU的问世，双方又都推出了一些 64位系统的指令集。 目前最新的 Intel的 CPU可以支持 SSE、SSE2、SSE3指令集。随着 Intel的逐步授权， AMD的 CPU不 仅进一步发展了自己的 3D Now!指令集，并且可以支持 Inel 的 SSE、SSE2、SSE3指令集。 MMX（Multi Media Extensions，多媒体扩展）指令集。包含 57条指令。 SSE（Streaming SIMD Extensions，单指令多数据流扩展）指令集。包含70条指令。 SIMD（Single Instruction Multiple Data，单指令多数据）。 由于 MMX指令并没有带来 3D游戏性能的显著提升，Intel 推出了 SSE指令集。 SSE指令集兼容 MMX指令，它可以通过 SIMD（单指令多数据）技术和单时钟周期并行处理，有效地提高 运算速度。 SSE2 （Streaming SIMD Extensions 2）指令集 包含 144条新指令，扩展了 MMX技术和 SSE技术，在运行 MPEG-2、MP3、3D 图形等之类的软件时性 能有所增强。 SSE3（prescott new instructions，简称 pni）指令集 包含 13条新指令，可以提升多媒体和游戏性能。 AMD所支持的 SSE3与 Intel 的 SSE3不完全相同，主要是删除了针对 Intel超线程技术优化的部分指令。 SSE4 指令集 它实际上分为 SSE4.1和 SSE4.2，用于 Intel公司“显著视频增强”平台。 SSE4.1包含 50条新指令，有助于编译、媒体、字符/文本处理和程序指向加速。 SSE4.2包含 57条新指令（其中 50条与 SSE4.1相同）。 AVX 指令集 针对 AMD抢先宣布了 SSE5指令集，Intel终止了 SSE的更新，转而公布了 AVX （Advanced Vector Extensions，高级矢量扩展）指令集 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，并不断进行更新，AVX将 SIMD（单指令多数据）技术由 128位扩展 到 256位，同时数据传输也获得了提升，所以从理论上看，可以使 CPU运算性能提升 1倍。 3D Now !指令集 AMD的 3D Now!指令集应该说是先于 Intel的 SSE指令集出生。共有 21条指令。 由于 MMX指令并没有带来 3D游戏性能的显著提升，3D Now!指令集主要针对三维建模、坐标变换、效果 渲染等三维应用场合，在软件的配合下，可以大幅度提高 3D 处理性能。但对其图形应用处理支持不足。 3DNow!+指令集 AMD后来开发了 Enhanced（增强型）3D Now!指令集，指令增加至 52个，与后来的 Intel的 SSE具有相 同效能。 有人也许会问，既然 AMD有自己的指令集，为啥还要兼容 Intel的 SSE、SSE2、SSE3指令集呢？ 告诉您，主要因为目前许多软件都是以 SSE、SSE2、SSE3指令集为基础开发的。AMD无法忽视这个庞大 的市场，所以只好屈尊兼容 Intel的技术了。 向着 64 位前进 随着 64位 CPU的问世，32位的 x86架构或 IA-32架构（实际上也属于 x86架构）已经不能适应 64位 CPU 了。于是，一些新的指令集应运而生。注意，这些指令集主要不是为了增强多媒体功能的扩展指令集。但其仍属 于复杂指令集（CISC）。 EPIC（Explicitly Paralle lInstruction Computers，精确并行指令计算机）指令集 为了摆脱臃肿的 x86架构，雄心勃勃的 Intel为 64位 CPU 设计了 EPIC指令集，并将使用这种指令集的架 构定名为 IA-64（Intel Architecture-64，英特尔 64架构）。 IA-64 突破了传统 IA-32 架构的许多限制，在数据的处理能力，系统的稳定性、安全性、可用性等方面获得 了突破性的提高。 但是，IA-64架构的 CPU最大缺陷是不能很好地兼容 x86 指令，致使大批使用 x86 指令的软件资源受到限 制。为此，Intel为 IA-64 CPU引入了 x86-to-IA-64的解码器，能够把 x86指令翻译为 IA-64指令。但效果并不 理想。 结果是 AMD另辟蹊径，生出了 x86-64。 x86-64（AMD 64） AMD加强了 x86指令集的功能，加入了 64位扩展指令，使 CPU既能在 64位运行，又兼容 x86-32 架构。 IA-32E（EM64T） EM64T（Extended Memory 64 Technology，64位内存扩展技术） 由于 IA-64 架构无法完美地兼容 x86 架构，Intel 改弦更张，不是抛弃 x86 架构，而是对 IA-32（属于 x86） 架构进行改装，引入了 EM64T（64位内存扩展技术），很快地弄出了 IA-32E架构。实际上也是加入了 64位扩 展指令。只有在运行 64位操作系统下的时候，才将会激活 IA-32E。