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cpu指令集有什么用

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cpu指令集有什么用

  CPU作為電腦的核心組成部份,它的好壞直接影響到電腦的性能。下面是學(xué)習(xí)啦小編帶來的關(guān)于cpu指令集有什么用的內(nèi)容,歡迎閱讀!

  cpu指令集有什么用:

  CISC指令集,也稱為復(fù)雜指令集,英文名是CISC,(Complex Instruction Set Computer的縮寫)。在CISC微處理器中,程序的各條指令是按順序串行執(zhí)行的,每條指令中的各個操作也是按順序串行執(zhí)行的。順序執(zhí)行的優(yōu)點是控制簡單,但計算機各部分的利用率不高,執(zhí)行速度慢。其實它是英特爾生產(chǎn)的x86系列(也就是IA-32架構(gòu))CPU及其兼容CPU,如AMD、VIA的。即使是現(xiàn)在新起的X86-64(也被成AMD64)都是屬于CISC的范疇。

  要知道什么是指令集還要從當(dāng)今的X86架構(gòu)的CPU說起。X86指令集是Intel為其第一塊16位CPU(i8086)專門開發(fā)的,IBM1981年推出的世界第一臺PC機中的CPU—i8088(i8086簡化版)使用的也是X86指令,同時電腦中為提高浮點數(shù)據(jù)處理能力而增加了X87芯片,以后就將X86指令集和X87指令集統(tǒng)稱為X86指令集。

  雖然隨著CPU技術(shù)的不斷發(fā)展,Intel陸續(xù)研制出更新型的i80386、i80486直到過去的PII至強、PIII至強、Pentium 3,最后到今天的Pentium 4系列、至強(不包括至強Nocona),但為了保證電腦能繼續(xù)運行以往開發(fā)的各類應(yīng)用程序以保護和繼承豐富的軟件資源,所以Intel公司所生產(chǎn)的所有CPU仍然繼續(xù)使用X86指令集,所以它的CPU仍屬于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容CPU(如AMD Athlon MP、)都使用X86指令集,所以就形成了今天龐大的X86系列及兼容CPU陣容。x86CPU目前主要有intel的服務(wù)器CPU和AMD的服務(wù)器CPU兩類。

  RISC指令集RISC是英文“Reduced Instruction Set Computing ” 的縮寫,中文意思是“精簡指令集”。它是在CISC指令系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,有人對CISC機進行測試表明,各種指令的使用頻度相當(dāng)懸殊,最常使用的是一些比較簡單的指令,它們僅占指令總數(shù)的20%,但在程序中出現(xiàn)的頻度卻占80%。

  復(fù)雜的指令系統(tǒng)必然增加微處理器的復(fù)雜性,使處理器的研制時間長,成本高。并且復(fù)雜指令需要復(fù)雜的操作,必然會降低計算機的速度?;谏鲜鲈?,20世紀(jì)80年代RISC型CPU誕生了,相對于CISC型CPU ,RISC型CPU不僅精簡了指令系統(tǒng),還采用了一種叫做“超標(biāo)量和超流水線結(jié)構(gòu)”,大大增加了并行處理能力。RISC指令集是高性能CPU的發(fā)展方向。它與傳統(tǒng)的CISC(復(fù)雜指令集)相對。相比而言,RISC的指令格式統(tǒng)一,種類比較少,尋址方式也比復(fù)雜指令集少。當(dāng)然處理速度就提高很多了。目前在中高檔服務(wù)器中普遍采用這一指令系統(tǒng)的CPU,特別是高檔服務(wù)器全都采用RISC指令系統(tǒng)的CPU。RISC指令系統(tǒng)更加適合高檔服務(wù)器的操作系統(tǒng)UNIX,現(xiàn)在Linux也屬于類似UNIX的操作系統(tǒng)。RISC型CPU與Intel和AMD的CPU在軟件和硬件上都不兼容。

  目前,在中高檔服務(wù)器中采用RISC指令的CPU主要有以下幾類:PowerPC處理器、SPARC處理器、PA-RISC處理器、MIPS處理器、Alpha處理器。(3)IA-64。

  EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computers,精確并行指令計算機)是否是RISC和CISC體系的繼承者的爭論已經(jīng)有很多,單以EPIC體系來說,它更像Intel的處理器邁向RISC體系的重要步驟。從理論上說,EPIC體系設(shè)計的CPU,在相同的主機配置下,處理Windows的應(yīng)用軟件比基于Unix下的應(yīng)用軟件要好得多。      Intel采用EPIC技術(shù)的服務(wù)器CPU是安騰Itanium(開發(fā)代號即Merced)。它是64位處理器,也是IA-64系列中的第一款。微軟也已開發(fā)了代號為Win64的操作系統(tǒng),在軟件上加以支持。在Intel采用了X86指令集之后,它又轉(zhuǎn)而尋求更先進的64-bit微處理器,Intel這樣做的原因是,它們想擺脫容量巨大的x86架構(gòu),從而引入精力充沛而又功能強大的指令集,于是采用EPIC指令集的IA-64架構(gòu)便誕生了。IA-64 在很多方面來說,都比x86有了長足的進步。突破了傳統(tǒng)IA32架構(gòu)的許多限制,在數(shù)據(jù)的處理能力,系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可用性、可觀理性等方面獲得了突破性的提高。

  IA-64微處理器最大的缺陷是它們?nèi)狈εcx86的兼容,而Intel為了IA-64處理器能夠更好地運行兩個朝代的軟件,它在IA-64處理器上(Itanium、Itanium2 ……)引入了x86-to-IA-64的解碼器,這樣就能夠把x86指令翻譯為IA-64指令。這個解碼器并不是最有效率的解碼器,也不是運行x86代碼的最好途徑(最好的途徑是直接在x86處理器上運行x86代碼),因此Itanium 和Itanium2在運行x86應(yīng)用程序時候的性能非常糟糕。這也成為X86-64產(chǎn)生的根本原因。      (4)X86-64 (AMD64 / EM64T)

  AMD公司設(shè)計,可以在同一時間內(nèi)處理64位的整數(shù)運算,并兼容于X86-32架構(gòu)。其中支持64位邏輯定址,同時提供轉(zhuǎn)換為32位定址選項;但數(shù)據(jù)操作指令默認為32位和8位,提供轉(zhuǎn)換成64位和16位的選項;支持常規(guī)用途寄存器,如果是32位運算操作,就要將結(jié)果擴展成完整的64位。這樣,指令中有“直接執(zhí)行”和“轉(zhuǎn)換執(zhí)行”的區(qū)別,其指令字段是8位或32位,可以避免字段過長。

  x86-64(也叫AMD64)的產(chǎn)生也并非空穴來風(fēng),x86處理器的32bit尋址空間限制在4GB內(nèi)存,而IA-64的處理器又不能兼容x86。AMD充分考慮顧客的需求,加強x86指令集的功能,使這套指令集可同時支持64位的運算模式,因此AMD把它們的結(jié)構(gòu)稱之為x86-64。

  在技術(shù)上AMD在x86-64架構(gòu)中為了進行64位運算,AMD為其引入了新增了R8-R15通用寄存器作為原有X86處理器寄存器的擴充,但在而在32位環(huán)境下并不完全使用到這些寄存器。原來的寄存器諸如EAX、EBX也由32位擴張至64位。在SSE單元中新加入了8個新寄存器以提供對SSE2的支持。

  寄存器數(shù)量的增加將帶來性能的提升。與此同時,為了同時支持32和64位代碼及寄存器,x86-64架構(gòu)允許處理器工作在以下兩種模式:Long Mode(長模式)和Legacy Mode(遺傳模式),Long模式又分為兩種子模式(64bit模式和Compatibility mode兼容模式)。該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被引進在AMD服務(wù)器處理器中的Opteron處理器。

  而今年也推出了支持64位的EM64T技術(shù),再還沒被正式命為EM64T之前是IA32E,這是英特爾64位擴展技術(shù)的名字,用來區(qū)別X86指令集。Intel的EM64T支持64位sub-mode,和AMD的X86-64技術(shù)類似,采用64位的線性平面尋址,加入8個新的通用寄存器(GPRs),還增加8個寄存器支持SSE指令。

  與AMD相類似,Intel的64位技術(shù)將兼容IA32和IA32E,只有在運行64位操作系統(tǒng)下的時候,才將會采用IA32E。IA32E將由2個sub-mode組成:64位sub-mode和32位sub-mode,同AMD64一樣是向下兼容的。Intel的EM64T將完全兼容AMD的X86-64技術(shù)。現(xiàn)在Nocona處理器已經(jīng)加入了一些64位技術(shù),Intel的Pentium 4E處理器也支持64位技術(shù)。

  應(yīng)該說,這兩者都是兼容x86指令集的64位微處理器架構(gòu),但EM64T與AMD64還是有一些不一樣的地方,AMD64處理器中的NX位在Intel的處理器中將沒有提供。

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