指令集的相关问题！

Posted 2023-05-03

MMX、3DNOW!、3DNOW!+、SSE、SSE2、SSE3、SSE4、SSE4a、NX-bit、X86-64、EM64T、RISC指令集，都有什么功能，逐个回答，列入多媒体指令集啊，加强多媒体处理，类似于这种回答。 请高手回答，我先谢谢了。！
不要敷述，不要转贴谢谢

SSE4指令集将给英特尔下一代平台带来“相当大的视频性能提升”。,其它视频增强技术还包括CVT（明晰视频技术）--英特尔对ATI Avivo的回应--和对UDI的支持。上述两项技术基于英特尔965芯片组。其它英特尔官方文件把CVT技术定义为：支持高级解码、拥有预处理和增强型3D处理能力。 SSE4指令集是Conroe架构所引入的新指令集。这项原本计划应用于NetBurst微架构Tejas核心处理器之上的全新技术也随着它的夭折最终没能实现，这不能不说是个遗憾，但是SSE4指令集出现在了Conroe上又让我们看到了希望。
SSE4指令集共包括16条指令，不过虽然扣肉处理器推出已经有一些时日，但目前英特尔仍没有公布SSE4指令集的具体资料。这相当令人感到纳闷。也许英特尔是基于特殊的考虑，仅让少数合作软件厂商取得数据，只是这种作法实在很没有说服力就是了，天底下没有哪家处理器厂商，希望自己新增的指令越少人用越好。
Intel的EM64T技术，EM64T技术官方全名是Extended Memory 64 Tenchnology 中文解释就是扩展64bit内存技术。现在的32位奔腾 4 CPU都是采用IA-32指令集，EM64T其实就是在这个指令集的基础上进行扩展，我们将它命名为IA32e。Inteln这种实现64位的方法其实和AMD的x86-64技术有异曲同工之妙，都是通过64位扩展指令来实现兼容32位和64位的运算。另外不同的是Intel的EM64T技术设定了IA-32和IA-32e两种模式的激活程序，就是说EM64T需要满足特定条件才会激活。

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。

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。 参考技术A MMX：MMX(Multi Media eXtension 多媒体扩展指令)指令集是Intel公司在1996年为旗下的Pentium系列处理器所开发的一项多媒体指令增强技术。MMX指令集中包括了57条多媒体指令，通过这些指令可以一次性处理多个数据，在处理结果超过实际处理能力的时候仍能够进行正常处理，如果在软件的配合下，可以得到更强的处理性能。
使用MMX指令集的好处就是当时所使用的操作系统可以在不做任何改变的情况下执行MMX指令。但是，MMX指令集的问题也是比较明显的，MMX指令集不能与X86的浮点运算指令同时执行，必须做密集式的交错切换才可以正常执行，但是这样一来，就会造成整个系统运行速度的下降。

SSE：SSE是Streaming SIMD Extension(SIMD扩展指令集)的缩写，而其中SIMD的为含意为Single Istruction Multiple Data(单指令多数据)，所以SSE指令集也叫单指令多数据流扩展。该指令集最先运用于Intel的Pentium III系列处理器，其实在Pentium III推出之前，Intel方面就已经泄漏过关于KNI(Katmai New Instruction)指令集的消息。这个KNI指令集也就是SSE指令集的前身，当时也有不少的媒体将该指令集称之为MMX2指令集，但是Intel方面却从没有发布有关MMX2指令集的消息。
最后在Intel推出Pentium III处理器的时候，SSE指令集也终于水落石出。SSE指令集是为提高处理器浮点性能而开发的扩展指令集，它共有70条指令，其中包含提高3D图形运算效率的50条SIMD浮点运算指令、12条MMX 整数运算增强指令、8条优化内存中的连续数据块传输指令。理论上这些指令对当时流行的图像处理、浮点运算、3D运算、多媒体处理等众多多媒体的应用能力起到全面提升的作用。
SSE指令与AMD公司的3DNow!指令彼此互不兼容，但SSE包含了3DNow!中的绝大部分功能，只是实现的方法不同而已。SSE也向下兼容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。

3DNow!：3DNow!指令集最由AMD公司所推出的，该指令集应该是在SSE指令之前推出的，被广泛运用于AMD的K6、K6-2和K7系列处理器上，拥有21条扩展指令集。在整体上3DNow!的SSE非常相相似，它们都拥有8个新的寄存器，但是3DNow!是64位的，而SSE是128位。所以3DNow!它只能存储两个浮点数据，而不是四个。
但是它和SSE的侧重点有所不同，3DNow!指令集主要针对三维建模、坐标变换和效果渲染等3D数据的处理，在相应的软件配合下，可以大幅度提高处理器的3D处理性能。AMD公司后来又在Athlon系列处理器上开发了新的Enhanced 3DNow!指令集，新的增强指令数达了52个，以致目前最为流行的Athlon 64系列处理器还是支持3DNow！指令的。

SSE2：在PentiumIII发布的时候，SSE指令集就已经集成在了处理器的内部，但因为各种原因一直没有得到充分的发展。直到Pentium 4发布之后，开发人员看到使用SSE指令之后，程序执行性能将得到极大的提升，于是Intel又在SSE的基础上推出了更先进的SSE2指令集。
SSE2包含了144条指令，由两个部分组成：SSE部分和MMX部分。SSE部分主要负责处理浮点数，而MMX部分则专门计算整数。SSE2的寄存器容量是MMX寄存器的两倍，寄存器存储数据也增加了两倍。在指令处理速度保持不变的情况下，通过SSE2优化后的程序和软件运行速度也能够提高两倍。由于SSE2指令集与MMX指令集相兼容，因此被MMX优化过的程序很容易被SSE2再进行更深层次的优化，达到更好的运行效果。
SSE2对于处理器的性能的提升是十分明显的，虽然在同频率的情况下，Pentium 4和性能不如Athlon XP，但由于Athlon XP不支持SSE2，所以经过SSE2优化后的程序Pentium 4的运行速度要明显高于Athlon XP。而AMD方面也注意到了这一情况，在随后的K-8系列处理器中，都加入SSE2指令集。

SSE3：SSE3指令是目前规模最小的指令集，它只有13条指令。它共划分为五个应运层，分别为数据传输命令、数据处理命令、特殊处理命令、优化命令、超线程性能增强五个部分，其中超线程性能增强是一种全新的指令集，它可以提升处理器的超线程的处理能力，大大简化了超线程的数据处理过程，使处理器能够更加快速的进行并行数据处理。

上面介绍的基本上就是Intel和AMD公司在X86架构处理器上主要的扩展指令集，虽然它们对于处理器的性能提升有着一定程度的帮助，但是由于受到IA-32体系的限制，X86架构基本上不会再有具有革命性意义的指令集出现，而双方都已经把重心转向了64位体系架构的处理器指令集开发上。

AMD64：AMD的athlon 64系列处理器的64位技术是在X86指令集的基础上加入了X86-64的64位扩展X86指令集，这就使得athlon 64系列处理器可兼容原来的32位的X86软件，并同时支持X86-64的扩展64位计算，并且具有64位的寻址能力，使得它成为真正的64位X86构架处理器。在采用X86-64架构的Athlon 64处理器中，X86-64指令集中新增了几组处理器寄存器，它能够提供更加快速的执行效率。
寄存器是处理器用来创建和储存CPU运算结果和其他运算结果的地方，标准的X86构架中包括8组通用寄存器，而在AMD的X86-64架构中又增加了8组，将通过寄存器的数目提高到了16组。在这基础之上，X86-64指令集还另外增加了8组128位的XMM寄存器，也叫做SSE寄存器。
它能够给单指令多数据流技术(SIMD)运算提供更多的存储空间，这些128位的寄存器能够提供在矢量和标量计算模式下进行128位双精度处理，这也为3D数据处理、矢量分析和虚拟技术提供了良好的硬件基础。由于提供了更多的寄存器，按照X86-64标准生产的处理器可以更有效率的处理数据，在一个时钟周期内能够传输更多的信息。

EM64T ：EM64T(Extended Memory 64 Technology)也就是Intel公司开发的64位内存扩展技术。它实际上就是Intel IA-32构架体系的扩展，即IA-32E(Intel Architectur-32 Extension)。Intel的IA-32处理器通过加入EM64T技术便可在兼容IA-32软件的情况下，允许软件程序利用更多的内存地址空间，并且允许程序进行32 位线性地址写入。
Intel的EM64T所强调的是32位技术与64位技术的兼容性，为采用EM64T的处理器增加了8个64位通用寄存器，并将原有的32位通用寄存器全部扩展为64位，这样也提高了处理器的整数运算能力。另外增加的8个SEE寄存器也提供了对SSE、SSE2和SSE3指令的支持。
目前Intel的主流桌面处理器共有两个模式，传统的IA-32模式和IA-32E模式。在可支持EM64T指令的处理器内有一个扩展功能激活寄存器(Extended Feature Enable Register)，称为IA-32_EFER的部件，它控制处理器的EM64T是否被激活。在普通情况下，处理器会作为一颗标准的IA-32处理器，如果在运行64位的软件或程序时，EM64T就会被激活，那么处理器便会在IA-32E扩展模式下运行。

RISC指令集的五个周期

RISC指令集的五个周期　

RISC(reduced instruction set computer,精简指令集计算机)简称为精简指令集。RISC把执行指令的精力主要放在了经常使用的指令上面。本文主要介绍了在RISC指令集中一条指令的五个主要执行CC（Clock Cycle，时钟周期）的主要涵义以及内容。

　　这五个时钟周期分别为：IF(Instruction fetch，取指令)，ID(Instruction decode/register fetch cycle，指令解码)，EX（Execution/effective address cycle，执行），MEM(Memory access，内存访问)， WB(Write-back cycle，写回)。

　　IF：根据PC（program counter，程序计数器）中所存储的内存地址，在内存中找到该地址所指向的指令，并将该指令存储在寄存器中。同时，PC指向下一条指令，完成这个操作要求PC加4（以32位指令集为例，如果是64位则要加8）。

　　ID :  操作从IF阶段获取来的指令。将指令解码，最终找到指令所需要的寄存器中存储的数据。如果该指令只一条跳转指令，那么在这一阶段需要根据跳转指令的意义对获取的值进行比较，如果比较结果为true则执行跳转，如果比较结果为false则不执行跳转，继续下一条指令的执行；如果指令需要对指令中某些位进行填充，也在ID阶段完成，比如对高四位进行填充以满足指令结果是32位；计算可能跳转的指令的地址。

　　EX : ALU（Arithmetic Logic Unit，算术逻辑单元）对ID阶段的结果进行计算。在ID阶段已经获得了指令计算所需要的寄存器的值，那么在EX阶段需要根据指令的意义对这些寄存器的值进行计算。计算根据指令的不同变得不同。主要有三种类型的ALU计算：1. ALU根据ID中补充的地址，对有效的地址单元进行计算，最终得到所需要的内存的地址；2. 根据指令的意义，对从寄存器中获取的值，进行操作，比如对两个寄存器的值进行相加；3. 根据寄存器的值以及补充的值，计算出立即数的结果。

　　MEM：如果当前指令是Load指令，那么，根据EX计算出的内存地址，从内存中获取对应的值；如果当前指令是store，那么，根据EX计算出的内存地址和寄存器的值，将寄存器的值存入该内存地址中。其他的指令一般不会设计内存的访问。

　　WB：将计算出来的最终的寄存器的值写入到register file（寄存器文件）中。这部操作包括从内存中获取的值以及通过算术运算得到的结果。

　　以上五个时钟周期便是一条RISC指令执行的主要步骤。