多媒體指令-CPU的擴展指令集

★★★★★【文章導(dǎo)讀】：多媒體指令-CPU的擴展指令集具體內(nèi)容是：對于CPU來說，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，又開發(fā)了擴展指令集，擴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…

來源：日期：2013-10-3 20:11:22 人氣：標(biāo)簽：

    對于CPU來說，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，又開發(fā)了擴展指令集，擴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，多媒體擴展指令集）指令集是Intel公司于1996年推出的一項多媒體指令增強技術(shù)。MMX指令集中包括有57條多媒體指令，通過這些指令可以一次處理多個數(shù)據(jù)，在處理結(jié)果超過實際處理能力的時候也能進(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，問題也比較明顯，那就是MMX指令集與x87浮點運算指令不能夠同時執(zhí)行，必須做密集式的交錯切換才可以正常執(zhí)行，這種情況就勢必造成整個系統(tǒng)運行質(zhì)量的下降。

    SSE指令集

    SSE（Streaming SIMD Extensions，單指令多數(shù)據(jù)流擴展）指令集是Intel在Pentium III處理器中率先推出的。其實，早在PIII正式推出之前，Intel公司就曾經(jīng)通過各種渠道公布過所謂的KNI（Katmai New Instruction）指令集，這個指令集也就是SSE指令集的前身，并一度被很多傳媒稱之為MMX指令集的下一個版本，即MMX2指令集。究其背景，原來"KNI"指令集是Intel公司早為其下一代芯片命名的指令集名稱，而所謂的"MMX2"則完全是硬件評論家們和媒體憑感覺和印象對"KNI"的評價，Intel公司從未正式發(fā)布過關(guān)于MMX2的消息。

    而終推出的SSE指令集也就是所謂勝出的"互聯(lián)網(wǎng)SSE"指令集。SSE指令集包括了70條指令，其中包含提高3D圖形運算效率的50條SIMD（單指令多數(shù)據(jù)技術(shù)）浮點運算指令、12條MMX 整數(shù)運算增強指令、8條優(yōu)化內(nèi)存中連續(xù)數(shù)據(jù)塊傳輸指令。理論上這些指令對目前流行的圖像處理、浮點運算、3D運算、視頻處理、音頻處理等諸多多媒體應(yīng)用起到全面強化的作用。SSE指令與3DNow!指令彼此互不兼容，但SSE包含了3DNow!技術(shù)的絕大部分功能，只是實現(xiàn)的方法不同。SSE兼容MMX指令，它可以通過SIMD和單時鐘周期并行處理多個浮點數(shù)據(jù)來有效地提高浮點運算速度。

    SSE2指令集

    SSE2(Streaming SIMD Extensions 2，Intel官方稱為SIMD 流技術(shù)擴展 2或數(shù)據(jù)流單指令多數(shù)據(jù)擴展指令集 2)指令集是Intel公司在SSE指令集的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。相比于SSE，SSE2使用了144個新增指令，擴展了MMX技術(shù)和SSE技術(shù)，這些指令提高了廣大應(yīng)用程序的運行性能。隨MMX技術(shù)引進(jìn)的SIMD整數(shù)指令從64位擴展到了128 位，使SIMD整數(shù)類型操作的有效執(zhí)行率成倍提高。雙倍精度浮點SIMD指令允許以 SIMD格式同時執(zhí)行兩個浮點操作，提供雙倍精度操作支持有助于加速內(nèi)容創(chuàng)建、財務(wù)、工程和科學(xué)應(yīng)用。除SSE2指令之外，初的SSE指令也得到增強，通過支持多種數(shù)據(jù)類型(例如，雙字和四字)的算術(shù)運算，支持靈活并且動態(tài)范圍更廣的計算功能。SSE2指令可讓軟件開發(fā)員極其靈活的實施算法，并在運行諸如MPEG-2、MP3、3D圖形等之類的軟件時增強性能。Intel是從Willamette核心的Pentium 4開始支持SSE2指令集的，而AMD則是從K8架構(gòu)的SledgeHammer核心的Opteron開始才支持SSE2指令集的。

    SSE3指令集

    SSE3(Streaming SIMD Extensions 3，Intel官方稱為SIMD 流技術(shù)擴展 3或數(shù)據(jù)流單指令多數(shù)據(jù)擴展指令集 3)指令集是Intel公司在SSE2指令集的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。相比于SSE2，SSE3在SSE2的基礎(chǔ)上又增加了13個額外的SIMD指令。SSE3 中13個新指令的主要目的是改進(jìn)線程同步和特定應(yīng)用程序領(lǐng)域，例如媒體和游戲。這些新增指令強化了處理器在浮點轉(zhuǎn)換至整數(shù)、復(fù)雜算法、視頻編碼、SIMD浮點寄存器操作以及線程同步等五個方面的表現(xiàn)，終達(dá)到提升多媒體和游戲性能的目的。Intel是從Prescott核心的Pentium 4開始支持SSE3指令集的，而AMD則是從2005年下半年Troy核心的Opteron開始才支持SSE3的。但是需要注意的是，AMD所支持的SSE3與Intel的SSE3并不完全相同，主要是刪除了針對Intel超線程技術(shù)優(yōu)化的部分指令。

    3D Now!指令集

    3DNow！是AMD公司開發(fā)的SIMD指令集，可以增強浮點和多媒體運算的速度，并被AMD廣泛應(yīng)用于其K6-2 、K6-3以及Athlon（K7）處理器上。3DNow!指令集技術(shù)其實就是21條機器碼的擴展指令集。

    與Intel公司的MMX技術(shù)側(cè)重于整數(shù)運算有所不同，3DNow!指令集主要針對三維建模、坐標(biāo)變換和效果渲染等三維應(yīng)用場合，在軟件的配合下，可以大幅度提高3D處理性能。后來在Athlon上開發(fā)了Enhanced 3DNow!。這些AMD標(biāo)準(zhǔn)的SIMD指令和Intel的SSE具有相同效能。因為受到Intel在商業(yè)上以及Pentium III成功的影響，軟件在支持SSE上比起3DNow!更為普遍。Enhanced 3DNow!AMD公司繼續(xù)增加至52個指令，包含了一些SSE碼，因而在針對SSE做佳化的軟件中能獲得更好的效能。

    SSE4多媒體指令集

    Intel公司真正嚴(yán)格意義上的第五代多媒體指令集 --

    Streaming SIMD Extension 4（SSE4）被視為是繼2001年的SSE2之后為重要的多媒體指令集改進(jìn)。除擴展Intel 64位指令外，還新增對于影像編輯、視訊編碼、三維渲染以及游戲應(yīng)用等方面的指令，使得處理器的效能受益性更為廣泛。

    將分為SSE4.1以及SSE4.2兩個版本，其中SSE4.1版本將首度于45納米Penryn家族處理器中出現(xiàn)，共增加了47條新的指令。全新的SSE4多媒體指令集將增加兩組不同的32-bit向量整數(shù)乘法運算單元，并引入八位無符號大值/ 小值運算支持，以及16-bit/32-bit有符號和無符號運算支持，從而有效改善編譯器執(zhí)行效率并提升向量整數(shù)以及單精度代碼的運算能力。與此同時，SSE4多媒體指令集進(jìn)一步改善插入、提取、尋找、離散、跨步負(fù)載以及存儲等動作模式，使得向量運算趨于專門化。第五代SSE4多媒體指令集新增六條浮點點積運算指令，支持單精度、雙精度浮點運算以及浮點生成操作，這對于3D游戲以及三維內(nèi)容生成將產(chǎn)生積極影響。