硬 件 世 界
１ ２ 计 算 机 与 网 络 创 新 生 活
ＣＰＵ 依靠指令来计算和控制系统 ．
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 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 ，
而 从 具 体 运 用 看 。如 Ｉｎｔｅｌ的 ＭＭＸ
（Ｍｕｌｔｉ Ｍｅｄｉａ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ）、ＳＳＥ、 ＳＳＥ２
（Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ —Ｓｉｎｇｌｅ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ
ｄａｔａ－Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ ２） 和 ＡＭＤ 的 ３ＤＮｏｗ！
等都是 ＣＰＵ 的扩 展指令集 。分别增强
了 ＣＰＵ 的多媒体 、图形图 象和 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ
等的处理 能力。我们通 常会 把 ＣＰＵ 的
扩 展指令集称 为“ＣＰＵ 的指令集”。
１ 精 简 指 令 集 的 运 用
在 最初发 明计 算机 的数 十年里 ，随
着计 算机 功能 日趋增 大 ，性 能 日趋变
强 ，内部 元器件 也 越来 越多 。指 令集 日
趋 复杂 ，过于冗杂 的指 令严重地影 响了
计 算 机 的工作 效 率。后 来 经过 研究 发
现 ， 在 计 算 机 中 ，８０％程 序 只 用 到 了
２０％的指令 集 ，基 于这一发 现 ，ＲＩＳＣ 精
简指令 集被 提了出来 ，这是计 算机 系统
架构 的一次 深刻革命 。ＲＩＳＣ体系结构
的基本 思路是 ：抓住 ＣＩＳＣ 指令 系统指
令种 类太 多 、指 令格式 不规 范 、寻址方
式太多 的缺 点 。通过减 少指令种类 、规
范指令格式 和简化寻址方式 ，方 便处理
器 内部 的并 行处理 ，提高 ＶＬＳＩ器件 的
使 用效率 ，从而大幅度 地提高处理 器的
性 能 。
ＲＩＳＣ 指 令 集 有许 多特 征
指令种类少，指令格式规范：ＲＩＳＣ
指令 集通 常只 使用 一种 或 少数 几种 格
式 。指令长 度单一 （一般 ４个 字节 ）。并
且在 字边 界上对 齐 ，字段位 置 、特 别 是
操 作码 的位 置是固定 的。
寻 址 方 式简化 ：几 乎所有指 令 都 使
ＣＰＵ指令集详解
用寄存器寻址方 式 ，寻址方式总数 一般
不超 过 ５个。其 他更 为复 杂 的寻址 方
式 ，如 间接寻址等 则由软件利用 简单的
寻址方 式来合成 。
大量 利用 寄存 器 间操 作 ：ＲＩＳＣ 指
令 集 中大 多数操 作都 是寄 存器 到寄 存
器操作 ，只 以简单的 Ｌｏａｄ和 Ｓｔｏｒｅ操作
访 问内存 。因此 ，每条指令中访 问的内
存 地址不会超过 １个 ，访 问内存 的操作
不会与算术操作混在一起 。
简化处理器结构 ：使用 ＲＩＳＣ指令
集 。可 以大大简 化 处理器 的控 制器和 其
他功 能单元的设计 ，不 必使 用大量 专用
寄存器 ，特别 是允许以硬件 线路来 实现
指令操作 ，而不必像 ＣＩＳＣ处理器那样
使 用 微 程 序 来 实 现 指 令 操 作 。 因此
ＲＩＳＣ处理器 不 必像 ＣＩＳＣ处 理 器那 样
设 置微 程序控 制 存储器 ，就 能够快速地
直接执行指令。
便于 使 用 ＶＬＳＩ技 术 ： 随 着 ＬＳＩ和
ＶＬＳＩ技 术 的发 展 ，整个 处理 器 （甚至 多
个 处理 器 ）都 可 以 放 在 一个 芯 片 上 。
ＲＩＳＣ体 系结 构可 以给 设 计 单芯片 处 理
器 带来很多好处 ，有利于提 高性 能 ，简
化 ＶＬＳＩ芯片 的设计和实现 。基于 ＶＬＳＩ
技术 ，制 造 ＲＩＳＣ处理 器 要 比 ＣＩＳＣ处
理器工 作量小得多 ，成本 也低得 多。
加 强 了处理 器 并 行能 力 ：ＲＩＳＣ 指
令 集能 够非常 有效 地适 合 于采 用流 水
线 、超 流 水线和 超标 量技 术 ，从 而实 现
指令级 并行操作 ，提 高处理器 的性 能 。
目前常 用的处理 器 内部 并行 操作 技 术
基本上是基 于 ＲＩＳＣ体 系结构发展和走
向成熟的。
正 由 于 ＲＩｓＣ 体 系 所 具 有 的 优
势 。它在 高端 系统 得到 了广泛 的应 用 ，
而 ＣＩＳＣ 体 系则 在 桌面 系统 中 占据 统
治 地 位 。如 今 ，在 桌面 领 域 。ＲＩＳＣ 也
不 断渗 透 ，预 计未 来 ，Ｒ．ＩＳＣ将 要 “一 统
江 湖 ”。
２、ＣＰＵ 的扩展 指令集
对于 ＣＰＵ来 说 ，在基本 功能方面 ，
它们 的差别 并不太大 ，基本 的指 令集也
都差不 多 ．但 是许 多厂家为 了提 升某一
方面 性能 ，又开发 了扩 展指 令集 ，扩 展
指令集 定义了新的数据 和指令 ，能够大
大提高 某方 面数据处理 能力一，但 必需要
有软件 支持。
ＭＭＸ指 令集
ＭＭＸ（Ｍｕｌｔｉ Ｍｅｄｉａ ｅＸｔｅｍｉｏｎ，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 Ｐｉｌｌ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 Ｉｎｔｅｔ公 司最 早
为其下一 代芯片命名 的指 令集名称 ，而
所谓 的 “／ＶｌＭＸ２”则完 全是 硬件 评论 家
们和媒体 凭感觉和印象对 “ＫＮＩ”的 评
《计算机与网络 》２００８年第 １６期
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