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指令集优化（7）
所谓指令集，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。
通俗的理解，指令集就是CPU能认识的语言，指令集运行于一定的微架构之上，不同的微架构可以支持相同的指令集，比如Intel和AMD的CPU的微架构是不同的，但是同样支持X86指令集，这很容易理解，指令集只是一套指令集合，一套指令规范，具体的实现，仍然依赖于CPU的翻译和执行。就像，同样是一段C语言代码，我们可以用不同的编译器去编译得到不同的可执行文件，当然，自然而言，效率也可能不一样。
（2）指令集分类：
从大类来分，一般将指令集分为精简指令集和复杂指令集。
精简指令集，即RISC指令集reduced instruction set computer：（）
这种指令集的特点是指令数目少，每条指令都采用标准字长、执行时间短、中央处理器的实现细节对于机器级程序是可见的。
复杂指令集，即CISC指令集Complex Instruction Set Computer：（）
在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。
通俗的理解，RICS指令集是针对CISC指令集中的一些常用指令进行优化设计，放弃了一些复杂的指令，对于复杂的功能，需要通过组合指令来完成。自然，两者的使用场合不一样，对于复杂的系统，CISC更合适，否则，RICS更合适，且低功耗。
注意：当初本没有RICS和CISC之分，最开始，Intel X86的第一个CPU定义了第一套指令集，这就是最开始的指令集，后来，一些公司发现很多指令并不常用，所以决定设计一套简洁高效的指令集，称之为RICS指令集，从而将原来的Intel X86指令集定义为CISC指令集。所以，并不是先有RICS后来才有CISC，而是反过来的。
典型的RICS指令集的CPU有：ARM、MIPS等
典型的CICS指令集的CPU有：Intel的x86指令集，以及现在的AMD的x86-64指令集。PS：AMD的兼容CPU也支持x86指令集，反之。
（3）指令集发展：
上面的分类是一个大致的分类，指令集是一直在发展的，在CISC指令集中，慢慢的发展了一系列的指令集：
1. X86指令集：
X86指令集是Intel为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的，IBM1981年推出的世界第一台PC机中的CPU—i简化版)使用的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加的X87芯片系列数学协处理器则另外使用X87指令，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。
2. MMX指令集：
1997年Intel公司推出了多媒体扩展指令集MMX（MultiMedia eXtensions），它包括57条多媒体指令。MMX指令主要用于增强CPU对多媒体信息的处理能力，提高CPU处理3D图形、视频和音频信息的能力。
3. SSE指令集：Streaming SIMD Extensions
由于MMX指令并没有带来3D游戏性能的显著提升，所以，1999年Inter公司在Pentium III CPU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。
4.&SSE2指令集：
在Pentium 4 CPU中，Inter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。
5.&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。
6.&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。
7.&3D Now!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。
8.&EM64T指令集：
Intel公司的EM64T（Extended Memory 64 Technology）即64位内存扩展技术。该技术为服务器和工作站平台应用提供扩充的内存寻址能力，拥有更多的内存地址空间，可带来更大的应用灵活性，特别有利于提升音频视频编辑、CAD设计等复杂工程软件及游戏软件的应用。
9.&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AMD CPU上。
10. AVX指令集：
Intel公司将为Sandy Bridge带来全新的指令扩展集Intel Advanced Vector Extensions (Intel AVX)。AVX是在之前的128bit扩展到和256bit的SIMD(Single Instruction, Multiple Data)。而Sandy Bridge的SIMD演算单元扩展到256bits的同时数据传输也获得了提升，所以从理论上看CPU内核浮点运算性能提升到了2倍。
总结：可以看到，CPU指令集是一只在不断发展的，随着需求的不断增加，指令集也在不断扩展，从而提高CPU的性能。RICS指令集一般用于嵌入式等场合，所以指令集并没有太多的扩展。
参考知识库
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● 指令集：
　　大家在选购的时候，关注的更多的的主频、缓存、制作工艺等等主要参数，却恰恰忽略了在处理器内部指令集的丰富程度。因为我们对计算机下达的每一个命令都需要CPU根据预先设定好的某一条指令完成运算。其重要作用不言而喻；当然，两大处理器厂商除了通用CPU指令集外，也分别拥有自己特色的特殊指令集。
　　下面，就请大家跟随笔者来看看这么多指令集都是做什么用的。
【名词解释】：
　　1997年公司推出了多媒体扩展指令集MMX（MultiMedia eXtensions），它包括57条多媒体指令。MMX指令主要用于增强CPU对多媒体信息的处理能力，提高CPU处理3D图形、视频和音频信息的能力。
【T博士白话解读】：
　　在CPU中，通常包含着一下几组指令集：分别为MMX指令集，SSE指令集，SSE2指令集，SSE3指令集，SSE4指令集，3D Now!扩展指令集，EM64T指令集，VT-x指令集，AES指令集和AVX指令集；其中有一部分为两大处理器厂商为自己的产品设计的特殊指令集。
　　这些指令集的作用就是根据用户对电脑下达的命令，CPU调用相关的指令集去处理数据。这些不同类型的指令集针对处理不同类型的数据编写而成。比如我们在进行的时候，CPU就会调用相关的多媒体指令集去完成运算任务。再比如，我们在进行计算量非常大的数据计算时，如天文运算，此时SSE指令集就能派上用场，面的复杂的数学运算，该指令集就显得非常必要了，不过现在的处理器产品至少都会集成常用的指令集，所以，大家大可放心选购。
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