指令集
计算机指令就是指挥机器工作的指示和命令,程序就是一系列按一定顺序排列的指令,执行程序的过程就是计算机的工作过程。指令集,就是CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合,而每一种新型的CPU在设计时就规定了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统。而指令集的先进与否,也关系到CPU的性能发挥,它也是CPU性能体现的一个重要标志。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的工具之一。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。
基本信息
- 中文名
指令集
- 外文名
Instruction set
- 有关术语
指令
- 含义
计算和控制计算机系统的一套指令的集合
- 学科
计算机科学
- 类型
x86、MIPS、Sparc、Alpha、ARM
简介
在计算机中,指示计算机硬件执行某种运算、处理功能的命令称为指令。指令是计算机运行的最小的功能单位,而硬件的作用是完成每条指令规定的功能。一台计算机上全部指令的集合,就是这台计算机的指令系统。指令系统也称指令集,是这台计算机全部功能的体现。而人们设计计算机首要考虑的是它拥有的功能,也就是首先要按功能档次设计指令集,然后按指令集的要求在硬件上实现。指令系统不仅仅是指令的集合,还包括全部指令的指令格式、寻址方式和数据形式。所以,各计算机执行的指令系统不仅决定了机器所要求的能力,而且也决定了指令的格式和机器的结构。反过来说,不同结构的机器和不同的指令格式应该具有与之相匹配的指令系统。为此,设计指令系统时,要对指令格式、类型及操作功能给予应有的重视。软件是为了使用计算机而编写的各种系统和用户的程序,程序由一个序列的计算机指令组成。从这个角度上说,指令是用于设计程序的一种计算机语言单位。
计算机的指令系统是指一台计算机上全部指令的集合,也称计算机的指令集。指令系统包括指令格式、寻址方式和数据形式。一台计算机的指令系统反映了该计算机的全部功能,机器类型不同,其指令系统也不同,因而功能也不同。指令系统的设置和机器的硬件结构密切相关,一台计算机要有较好的性能,必须设计功能齐全、通用性强、内含丰富的指令系统,这就需要复杂的硬件结构来支持。
常见的指令集有:Intel的x86,EM64T,MMX,SSE,SSE2,SSE3,SSSE3 (Super SSE3),SSE4A,SSE4.1,SSE4.2,AVX,AVX2,AVX-512,VMX等指令集;和AMD的x86,x86-64,3D-Now!指令集。
类型
SSE指令集StreamingSIMDExtensions
由于MMX指令并没有带来3D游戏性能的显著提升,1999年Intel公司在Pentium IIICPU产品中推出了数据流单指令序列扩展指令(SSE)。SSE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多个浮点来有效地提高浮点运算速度。
在MMX指令集中,借用了浮点处理器的8个寄存器,这样导致了浮点运算速度降低。而在SSE指令集推出时,Intel公司在Pentium III CPU中增加了8个128位的SSE指令专用寄存器。而且SSE指令寄存器可以全速运行,保证了与浮点运算的并行性。
SSE2指令集
在Pentium 4 CPU中,Intel公司开发了新指令集SSE2。这一次新开发的SSE2指令一共144条,包括浮点SIMD指令、整形SIMD指令、SIMD浮点和整形数据之间转换、数据在MMX寄存器中转换等几大部分。其中重要的改进包括引入新的数据格式,如:128位SIMD整数运算和64位双精度浮点运算等。为了更好地利用高速缓存。另外,在Pentium 4中还新增加了几条缓存指令,允许程序员控制已经缓存过的数据。
SSE3指令集
相对于SSE2,SSE3又新增加了13条新指令,此前它们被统称为pni(prescott new instructions)。13条指令中,一条用于视频解码,两条用于线程同步,其余用于复杂的数学运算、浮点到整数转换和SIMD浮点运算。
SSE4指令集
SSE4又增加了50条新的增加性能的指令,这些指令有助于编译、媒体、字符/文本处理和程序指向加速。
SSE4指令集将作为Intel公司未来“显著视频增强”平台的一部分。该平台的其他视频增强功能还有Clear Video技术(CVT)和统一显示接口(UDI)支持等,其中前者是对ATi AVIVO技术的回应,支持高级解码、后处理和增强型3D功能。
3DNow扩展指令集
3D Now!指令集是AMD公司1998年开发的多媒体扩展指令集,共有21条指令。针对MMX指令集没有加强浮点处理能力的弱点,重点提高了AMD公司K6系列CPU对3D图形的处理能力。由于指令有限,3D Now!指令集主要用于3D游戏,而对其他商业图形应用处理支持不足。
3DNow!+指令集:在原有的指令集基础上,增加到52条指令,其中包含了部分SSE指令,该指令集主要用于新型的AMDCPU上。