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CPU官方兴奋剂

CPU官方兴奋剂！

历代Intel指令集回顾

2009年07月02日07:

49 出处：

泡泡网 【原创】作者:

张柏松编辑:

张柏松

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历代Intel指令集回顾

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精简指令集

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MMX指令集回顾

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SSE指令集回顾

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SSE2指令集回顾

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SSE3指令集回顾

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SSSE3指令集回顾

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SSE4.1指令集回顾

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SSE4.2指令集回顾

第10页：

Intel酷睿i7ExtremeEdition965（盒）报价

延伸阅读：

Intel  指令集  MMX  SSE  SSE1  SSE2  SSE3  SSE4  

历代Intel指令集回顾

    【泡泡网CPU频道7月2日】 经过多年的发展，多媒体指令集已经成为CPU密不可分的一部分。

每次有新的CPU出来，我们也习惯了用CPU-Z检测一下它有没有添加什么新的指令集。

从我们的应用环境来看，3D影像越来越复杂，视频编码的压缩率越来越高，都对CPU提出了更高的要求，可以想象，SSE这剂“兴奋剂”，CPU只有一直服用下去了。

   CPU中的指令集，虽然不起眼，但是在CPU的运算中有重要加速作用，尤其是编码方面，若使用的软件对CPU的指令集有优化，那么CPU的运算效能较无指令集优化运行速度有很大提升。

SSE指令集作为Intel的顶梁柱，重要些不言而喻。

每次的SSE指令集升级，都牵动着英特尔不少心血，除了自身研发指令集外，如何能让众多软件支持新指令集是更为关键的问题。

Intel最顶级CPU：

i7965指令集

　　CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。

指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。

从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分，分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力，我们通常会把CPU的扩展指令集称为"CPU的指令集"。

精简指令集

 精简指令集的运用

　　在最初发明计算机的数十年里，随着计算机功能日趋增大，性能日趋变强，内部元器件也越来越多，指令集日趋复杂，过于冗杂的指令严重的影响了计算机的工作效率。

后来经过研究发现，在计算机中，80％程序只用到了20％的指令集，基于这一发现，RISC精简指令集被提了出来，这是计算机系统架构的一次深刻革命。

RISC体系结构的基本思路是：

抓住CISC指令系统指令种类太多、指令格式不规范、寻址方式太多的缺点，通过减少指令种类、规范指令格式和简化寻址方式，方便处理器内部的并行处理，提高VLSI器件的使用效率，从而大幅度地提高处理器的性能。

　　RISC指令集有许多特征，其中最重要的有：

∙指令种类少，指令格式规范：

RISC指令集通常只使用一种或少数几种格式。

指令长度单一（一般4个字节），并且在字边界上对齐，字段位置、特别是操作码的位置是固定的。

∙寻址方式简化：

几乎所有指令都使用寄存器寻址方式，寻址方式总数一般不超过5个。

其他更为复杂的寻址方式，如间接寻址等则由软件利用简单的寻址方式来合成。

∙大量利用寄存器间操作：

RISC指令集中大多数操作都是寄存器到寄存器操作，只以简单的Load和Store操作访问内存。

因此，每条指令中访问的内存地址不会超过1个，访问内存的操作不会与算术操作混在一起。

∙简化处理器结构：

使用RISC指令集，可以大大简化处理器的控制器和其他功能单元的设计，不必使用大量专用寄存器，特别是允许以硬件线路来实现指令操作，而不必像CISC处理器那样使用微程序来实现指令操作。

因此RISC处理器不必像CISC处理器那样设置微程序控制存储器，就能够快速地直接执行指令。

∙便于使用VLSI技术：

随着LSI和VLSI技术的发展，整个处理器（甚至多个处理器）都可以放在一个芯片上。

RISC体系结构可以给设计单芯片处理器带来很多好处，有利于提高性能，简化VLSI芯片的设计和实现。

基于VLSI技术，制造RISC处理器要比CISC处理器工作量小得多，成本也低得多。

∙加强了处理器并行能力：

RISC指令集能够非常有效地适合于采用流水线、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。

目前常用的处理器内部并行操作技术基本上是基于RISC体系结构发展和走向成熟的。

　　正由于RISC体系所具有的优势，它在高端系统得到了广泛的应用，而CISC体系则在桌面系统中占据统治地位。

而在如今，在桌面领域，RISC也不断渗透，预计未来，RISC将要一统江湖。

MMX指令集回顾

 IntelCPU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，下面我们来i7处理器看一看历代Intel指令集都有哪些：

∙MMX指令集

　　MMX（MultiMediaeXtension，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。

 MMX指令集Intel代表处理器：

PentiumMMX

SSE指令集回顾

 SSE指令集

　　SSE（StreamingSIMDExtensions，单指令多数据流扩展）指令集是Intel在PentiumIII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（KatmaiNewInstruction）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。

SSE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。

 SSE指令集Intel代表处理器：

PentiumIII

SSE2指令集回顾

 SSE2指令集

   SSE2（StreamingSIMDExtensions2，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Pentium4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。

 SSE2指令集Intel代表处理器：

老Pentium4

SSE3指令集回顾

  SSE3指令集

   SSE3（StreamingSIMDExtensions3，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Pentium4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。

 SSE3指令集Intel代表处理器：

基于Prescott核心新Pentium4

SSSE3指令集回顾

  SSSE3指令集

　　SSSE3（SupplementalStreamingSIMDExtensions3）内置于Intel公司微处理器中的多媒体关联的扩张指令集。

是扩张了SSE3的产品，于2006年7月首次装载在Core2Duo处理器中。

   SSE3装载了用一个命令一口气处理复数个数据的「SIMD」的处理方式，特别在处理语音和动画关联上能够高速地发挥力量。

SSSE3是在SSE3命令的基础上又添加了32个新命令的产品，其原名为TNI，是SSE4指令集的子集,包含有13条命令。

目前SSSE3也是最先进的指令集，增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。

 SSSE3指令集Intel代表处理器：

65nm酷睿2

SSE4.1指令集回顾

  SSE4指令集的两个分支：

SSE4.1+SSE4.2

　　SSE4指令集被认为是2001年以来Intel最重要的指令集扩展，包含54条指令。

Intel在Penryn处理器中加入了对SSE4.1的支持，共增加了47条新指令，提升了处理器在图形、3D图像与游戏、视频编码与影音处理等方面的性能表现。

本次在Nehalem处理器中，进一步支持了SSE4.2指令集。

SSE4.2完整的实现了SSE4指令集，相对于SSE4.1加入了7条新指令。

  SSE4.1指令集

　　45纳米加入了SSE4.1指令集，令处理器的多媒体处理能力得到最大70%的提升。

SSE4加入了6条浮点型点积运算指令，支持单精度、双精度浮点运算及浮点产生操作，且IEEE754指令（Nearest,-Inf,+Inf,andTruncate）可立即转换其路径模式，大大减少延误，这些改变将对游戏及3D内容制作应用有重要意义。

此外，SSE4加入串流式负载指令，可提高以图形帧缓冲区的读取数据频宽，理论上可获取完整的快取缓存行，即每次读取64Bit而非8Bit，并可保持在临时缓冲区内，让指令最多可带来8倍的读取频宽效能提升，对于视讯处理、成像以及图形处理器与中央处理器之间的共享数据应用，有着明显的效能提升。

　　SSE4指令集让45nmPenryn处理器增加了2个不同的32Bit向量整数乘法运算单元，并加入8位无符号（Unsigned）最小值及最大值运算，以及16Bit及32Bit有符号（Signed）运算。

在面对支持SSE4指令集的软件时，可以有效的改善编译器效率及提高向量化整数及单精度代码的运算能力。

同时，SSE4改良插入、提取、寻找、离散、跨步负载及存储等动作，令向量运算进一步专门。

 SSE4.1指令集Intel代表处理器：

45nm酷睿2

SSE4.2指令集回顾

  SSE4.2指令集

   在Nehalem架构的Corei7处理器中，SSE4.2指令集被引入，加入了STTNI（字符串文本新指令）和ATA（面向应用的加速器）两大优化指令。

　　SSE4.2新加入的几条新指令有两类。

第一类是字符串与文本新指令STTNI，STTNI包含了四条具体的指令。

STTNI指令可以对两个16位的数据进行匹配操作，以加速在XML分析方面的性能。

据Intel表示，新指令可以在XML分析方面取得3.8倍的性能提升。

   第二类指令是面向应用的加速指令ATA。

ATA包括冗余校验的CRC32指令、计算源操作数中非0位个数的POPCNT指令，以及对于打包的64位算术运算的SIMD指令。

CRC32指令可以取代上层数据协议中经常用到的循环冗余校验，据Intel表示其加速比可以达到6.5~18.6倍；POPCNT用于提高在DNA基因配对、声音识别等包含大数据集中进行模式识别和搜索等操作的应用程序性能。

Intel也公布了支持新指令集的开发工具。

这些工具涵盖了主流的编译开发环境。

目前已明确支持SSE4.2的开发环境包括：

IntelC++Compiler10.X、微软的VisualStudio2008VC++、GCC4.3.1、SunStudioExpress等。

程序员可以直接使用高级编程语言编程，编译器会自动生成优化结果。

当然程序员也可以用内嵌汇编的方式来达到目的。

 SSE4指令集Intel代表处理器：

45nmi7