CPU：多媒體指令集精簡(jiǎn)指令集的運(yùn)用

★★★★★【文章導(dǎo)讀】：CPU：多媒體指令集精簡(jiǎn)指令集的運(yùn)用具體內(nèi)容是：CPU依靠指令來(lái)計(jì)算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。指令的強(qiáng)弱也是CPU的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理器效率的有效工具之一。從現(xiàn)階段的主流體系結(jié)構(gòu)講，指令集可分為復(fù)雜…

來(lái)源：日期：2013-10-5 21:16:52 人氣：標(biāo)簽：

　　CPU依靠指令來(lái)計(jì)算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了一系列與其硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。指令的強(qiáng)弱也是CPU的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理器效率的有效工具之一。

　　從現(xiàn)階段的主流體系結(jié)構(gòu)講，指令集可分為復(fù)雜指令集和精簡(jiǎn)指令集兩部分，而從具體運(yùn)用看，如Intel的MMX（Multi Media Extended）、SSE、 SSE2（Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2）和AMD的3DNow!等都是CPU的擴(kuò)展指令集，分別增強(qiáng)了CPU的多媒體、圖形圖象和Internet等的處理能力。我們通常會(huì)把CPU的擴(kuò)展指令集稱為"CPU的指令集"。

　　1、精簡(jiǎn)指令集的運(yùn)用

　　在初發(fā)明計(jì)算機(jī)的數(shù)十年里，隨著計(jì)算機(jī)功能日趨增大，性能日趨變強(qiáng)，內(nèi)部元器件也越來(lái)越多，指令集日趨復(fù)雜，過(guò)于冗雜的指令嚴(yán)重的影響了計(jì)算機(jī)的工作效率。后來(lái)經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)中，80％程序只用到了20％的指令集，基于這一發(fā)現(xiàn)，RISC精簡(jiǎn)指令集被提了出來(lái)，這是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)的一次深刻革命。RISC體系結(jié)構(gòu)的基本思路是：抓住CISC指令系統(tǒng)指令種類(lèi)太多、指令格式不規(guī)范、尋址方式太多的缺點(diǎn)，通過(guò)減少指令種類(lèi)、規(guī)范指令格式和簡(jiǎn)化尋址方式，方便處理器內(nèi)部的并行處理，提高VLSI器件的使用效率，從而大幅度地提高處理器的性能。

　　RISC指令集有許多特征，其中重要的有：

　　指令種類(lèi)少，指令格式規(guī)范：RISC指令集通常只使用一種或少數(shù)幾種格式。指令長(zhǎng)度單一（一般4個(gè)字節(jié)），并且在字邊界上對(duì)齊，字段位置、特別是操作碼的位置是固定的。

　　尋址方式簡(jiǎn)化：幾乎所有指令都使用寄存器尋址方式，尋址方式總數(shù)一般不超過(guò)5個(gè)。其他更為復(fù)雜的尋址方式，如間接尋址等則由軟件利用簡(jiǎn)單的尋址方式來(lái)合成。

　　大量利用寄存器間操作：RISC指令集中大多數(shù)操作都是寄存器到寄存器操作，只以簡(jiǎn)單的Load和Store操作訪問(wèn)內(nèi)存。因此，每條指令中訪問(wèn)的內(nèi)存地址不會(huì)超過(guò)1個(gè)，訪問(wèn)內(nèi)存的操作不會(huì)與算術(shù)操作混在一起。

　　簡(jiǎn)化處理器結(jié)構(gòu)：使用RISC指令集，可以大大簡(jiǎn)化處理器的控制器和其他功能單元的設(shè)計(jì)，不必使用大量專用寄存器，特別是允許以硬件線路來(lái)實(shí)現(xiàn)指令操作，而不必像CISC處理器那樣使用微程序來(lái)實(shí)現(xiàn)指令操作。因此RISC處理器不必像CISC處理器那樣設(shè)置微程序控制存儲(chǔ)器，就能夠快速地直接執(zhí)行指令。

　　便于使用VLSI技術(shù)：隨著LSI和VLSI技術(shù)的發(fā)展，整個(gè)處理器（甚至多個(gè)處理器）都可以放在一個(gè)芯片上。RISC體系結(jié)構(gòu)可以給設(shè)計(jì)單芯片處理器帶來(lái)很多好處，有利于提高性能，簡(jiǎn)化VLSI芯片的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。基于VLSI技術(shù)，制造RISC處理器要比CISC處理器工作量小得多，成本也低得多。

　　加強(qiáng)了處理器并行能力：RISC指令集能夠非常有效地適合于采用流水線、超流水線和超標(biāo)量技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)指令級(jí)并行操作，提高處理器的性能。目前常用的處理器內(nèi)部并行操作技術(shù)基本上是基于RISC體系結(jié)構(gòu)發(fā)展和走向成熟的。
　　
　　正由于RISC體系所具有的優(yōu)勢(shì)，它在高端系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，而CISC體系則在桌面系統(tǒng)中占據(jù)統(tǒng)治地位。而在如今，在桌面領(lǐng)域，RISC也不斷滲透，預(yù)計(jì)未來(lái)，RISC將要一統(tǒng)江湖。

　　2、CPU的擴(kuò)展指令集

　　對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)，在基本功能方面，它們的差別并不太大，基本的指令集也都差不多，但是許多廠家為了提升某一方面性能，又開(kāi)發(fā)了擴(kuò)展指令集，擴(kuò)展指令集定義了新的數(shù)據(jù)和指令，能夠大大提高某方面數(shù)據(jù)處理能力，但必需要有軟件支持。

　　MMX 指令集
　　
　　MMX（Multi Media eXtension，多媒體擴(kuò)展指令集）指令集是Intel公司于1996年推出的一項(xiàng)多媒體指令增強(qiáng)技術(shù)。MMX指令集中包括有57條多媒體指令，通過(guò)這些指令可以一次處理多個(gè)數(shù)據(jù)，在處理結(jié)果超過(guò)實(shí)際處理能力的時(shí)候也能進(jìn)行正常處理，這樣在軟件的配合下，就可以得到更高的性能。MMX的益處在于，當(dāng)時(shí)存在的操作系統(tǒng)不必為此而做出任何修改便可以輕松地執(zhí)行MMX程序。但是，問(wèn)題也比較明顯，那就是MMX指令集與x87浮點(diǎn)運(yùn)算指令不能夠同時(shí)執(zhí)行，必須做密集式的交錯(cuò)切換才可以正常執(zhí)行，這種情況就勢(shì)必造成整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的下降。