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cpu指令集是什么有哪些

时间:2018-08-13 11:49:03本文内容及图片来源于读者投稿,如有侵权请联系xuexila888@qq.com 加城 我要投稿

  学习计算机硬件的朋友们肯定会学到cpu的指令集,虽然是底层,但是同样很重要,那么下面就由学习啦小编来给你们说说cpu指令集是怎么意思吧,希望可以帮到你们哦!

cpu指令集是什么有哪些

  cpu主要有哪些功能?

  处理指令

  英文Processing instructions;这是指控制程序中指令的执行顺序。程序中的各指令之间是有严格顺序的,必须严格按程序规定的顺序执行,才能保证计算机系统工作的正确性。

  执行操作

  英文Perform an action;一条指令的功能往往是由计算机中的部件执行一序列的操作来实现的。CPU要根据指令的功能,产生相应的操作控制信号,发给相应的部件,从而控制这些部件按指令的要求进行动作。

  控制时间

  英文Control time;时间控制就是对各种操作实施时间上的定时。在一条指令的执行过程中,在什么时间做什么操作均应受到严格的控制。只有这样,计算机才能有条不紊地工作。

  处理数据

  即对数据进行算术运算和逻辑运算,或进行其他的信息处理。

  其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据, 并执行指令。在微型计算机中又称微处理器,计算机的所有操作都受CPU控制,CPU的性能指标直接决定了微机系统的性能指标。CPU具有以下4个方面的基本功能:数据通信,资源共享,分布式处理,提供系统可靠性。运作原理可基本分为四个阶段:提取(Fetch)、解码(Decode)、执行(Execute)和写回(Writeback)。

  cpu指令集的分析分析如下:

  以下是对一些指令集进行的基本介绍:

  CPU的扩展指令集

  对于CPU来说,在基本功能方面,它们的差别并不太大,基本的指令集也都差不多,但是许多厂家为了提升某一方面性能,又开发了扩展指令集,扩展指令集定义了新的数据和指令,能够大大提高某方面数据处理能力,但必需要有软件支持。

  MMX 指令集

  MMX(Multi Media eXtension,多媒体扩展指令集)指令集是Intel公司于1996年推出的一项多媒体指令增强技术。MMX指令集中包括有57条多媒体指令,通过这些指令可以一次处理多个数据,在处理结果超过实际处理能力的时候也能进行正常处理,这样在软件的配合下,就可以得到更高的性能。

  MMX的益处在于,当时存在的操作系统不必为此而做出任何修改便可以轻松地执行MMX程序。但是,问题也比较明显,那就是MMX指令集与x87浮点运算指令不能够同时执行,必须做密集式的交错切换才可以正常执行,这种情况就势必造成整个系统运行质量的下降。

  SSE指令集

  SSE(Streaming SIMD Extensions,单指令多数据流扩展)指令集是Intel在Pentium III处理器中率先推出的。其实,早在PIII正式推出之前,Intel公司就曾经通过各种渠道公布过所谓的KNI(Katmai New Instruction)指令集,这个指令集也就是SSE指令集的前身,并一度被很多传媒称之为MMX指令集的下一个版本,即MMX2指令集。究其背景,原来"KNI"指令集是Intel公司最早为其下一代芯片命名的指令集名称,而所谓的"MMX2"则完全是硬件评论家们和媒体凭感觉和印象对"KNI"的 评价,Intel公司从未正式发布过关于MMX2的消息。

  而最终推出的SSE指令集也就是所谓胜出的"互联网SSE"指令集。SSE指令集包括了70条指令,其中包含提高3D图形运算效率的50条SIMD(单指令多数据技术)浮点运算指令、12条MMX 整数运算增强指令、8条优化内存中连续数据块传输指令。理论上这些指令对目前流行的图像处理、浮点运算、3D运算、视频处理、音频处理等诸多多媒体应用起到全面强化的作用。S SE指令与3DNow!指令彼此互不兼容,但SSE包含了3DNow!技术的绝大部分功能,只是实现的方法不同。SSE兼容MMX指令,它可以通过SIMD和单时钟周期并行处理多个浮点数据来有效地提高浮点运算速度。

  SSE2指令集

  SSE2(Streaming SIMD Extensions 2,Intel官方称为SIMD 流技术扩展 2或数据流单指令多数据扩展指令集 2)指令集是Intel公司在SSE指令集的基础上发展起来的。相比于SSE,SSE2使用了144个新增指令,扩展了MMX技术和SSE技术,这些指令提高了广大应用程序的运行性能。随MMX技术引进的SIMD整数指令从64位扩展到了128 位,使SIMD整数类型操作的有效执行率成倍提高。

  双倍精度浮点SIMD指令允许以 SIMD格式同时执行两个浮点操作,提供双倍精度操作支持有助于加速内容创建、财务、工程和科学应用。除SSE2指令之外,最初的SSE指令也得到增强,通过支持多种数据类型(例如,双字和四字)的算术运算,支持灵活并且动态范围更广的计算功能。SSE2指令可让软件开发员极其灵活的实施算法,并在运行诸如MPEG-2、MP3、3D图形等之类的软件时增强性能。Intel是从Willamette核心的Pentium 4开始支持SSE2指令集的,而AMD则是从K8架构的SledgeHammer核心的Opteron开始才支持SSE2指令集的。

  SSE3指令集

  SSE3(Streaming SIMD Extensions 3,Intel官方称为SIMD 流技术扩展 3或数据流单指令多数据扩展指令集 3)指令集是Intel公司在SSE2指令集的基础上发展起来的。相比于SSE2,SSE3在SSE2的基础上又增加了13个额外的SIMD指令。SSE3 中13个新指令的主要目的是改进线程同步和特定应用程序领域,例如媒体和游戏。这些新增指令强化了处理器在浮点转换至整数、复杂算法、视频编码、SIMD浮点寄存器操作以及线程同步等五个方面的表现,最终达到提升多媒体和游戏性能的目的。

  Intel是从Prescott核心的Pentium 4开始支持SSE3指令集的,而AMD则是从2005年下半年Troy核心的Opteron开始才支持SSE3的。但是需要注意的是,AMD所支持的SSE3与Intel的SSE3并不完全相同,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

  Intel公司真正严格意义上的第五代多媒体指令集?D?DStreaming SIMD Extension 4(SSE4)被视为是继2001年的SSE2之后最为重要的多媒体指令集改进。除扩展Intel 64位指令外,还新增对于影像编辑、视讯编码、三维渲染以及游戏应用等方面的指令,使得处理器的效能受益性更为广泛.

  第五代SSE4多媒体指令集将分为SSE4.1以及SSE4.2两个版本,其中SSE4.1版本将首度于45纳米Penryn家族处理器中出现,共增加了47条新的指令。全新的SSE4多媒体指令集将增加两组不同的32-bit向量整数乘法运算单元,并引入八位无符号最大值/最小值运算支持,以及16-bit/32-bit有符号和无符号运算支持,从而有效改善编译器执行效率并提升向量整数以及单精度代码的运算能力。

  与此同时,SSE4多媒体指令集进一步改善插入、提取、寻找、离散、跨步负载以及存储等动作模式,使得向量运算趋于专门化。第五代SSE4多媒体指令集新增六条浮点点积运算指令,支持单精度、双精度浮点运算以及浮点生成操作,这对于3D游戏以及三维内容生成将产生积极影响。

  3D Now !指令集

  由AMD公司提出的3DNow!指令集应该说出现在SSE指令集之前,并被AMD广泛应用于其K6-2 、K6-3以及Athlon(K7)处理器上。3DNow!指令集技术其实就是21条机器码的扩展指令集。

  与Intel公司的MMX技术侧重于整数运算有所不同,3DNow!指令集主要针对三维建模、坐标变换 和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。后来在Athlon上开发了Enhanced 3DNow!。

  这些AMD标准的SIMD指令和Intel的SSE具有相同效能。因为受到Intel在商业上以及Pentium III成功的影响,软件在支持SSE上比起3DNow!更为普遍。Enhanced 3DNow!AMD公司继续增加至52个指令,包含了一些SSE码,因而在针对SSE做最佳化的软件中能获得更好的效能。

  目前最新的Intel CPU可以支持SSE、SSE2、SSE3指令集。早期的AMD CPU仅支持3DNow!指令集,随着Intel的逐步授权,从Venice核心的Athlon 64开始,AMD的CPU不仅进一步发展了3DNow!指令集,并且可以支持Inel的SSE、SSE2、SSE3指令集。不过目前业界接受比较广泛的还是Intel的SSE系列指令集,AMD的3DNow!指令集应用比较少。

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