Question

关于CPU指令集，电脑系统，软件的关系

电脑系统必须支持CPU的指令集才能够安装，我想问的是，在支持这个cpu指令集的电脑系统里的应用软件也需要支持CPU的指令集吗？

Answer 1

Intel 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，但必需要有软件支持，下面我们来i7处理器看一看历代Intel指令集都有哪些：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。 MMX指令集Intel代表处理器：Pentium MMXSSE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。SSE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。 SSE指令集Intel代表处理器：Pentium IIISSE2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。 SSE2指令集Intel代表处理器：老Pentium 4SSE3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。 SSE3指令集Intel代表处理器：基于Prescott核心新Pentium 4SSSE3指令集　　SSSE3（Supplemental Streaming SIMD Extensions 3）内置于Intel公司微处理器中的多媒体关联的扩张指令集。是扩张了SSE3的产品，于2006年7月首次装载在Core 2 Duo处理器中SSE3装载了用一个命令一口气处理复数个数据的「SIMD」的处理方式，特别在处理语音和动画关联上能够高速地发挥力量。SSSE3是在 SSE3命令的基础上又添加了32个新命令的产品，其原名为TNI，是SSE4指令集的子集,包含有13条命令。目前SSSE3也是最先进的指令集，增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。 SSSE3指令集Intel代表处理器：65nm 酷睿2SSE4指令集的两个分支：SSE4.1 + SSE4.2　　SSE4指令集被认为是2001年以来Intel最重要的指令集扩展，包含54条指令。 Intel在Penryn处理器中加入了对SSE4.1的支持，共增加了47条新指令，提升了处理器在图形、3D图像与游戏、视频编码与影音处理等方面的性能表现。本次在Nehalem处理器中，进一步支持了SSE4.2指令集。SSE4.2完整的实现了SSE4指令集，相对于SSE4.1加入了7条新指令。 SSE4.1指令集　　45纳米加入了SSE4.1指令集，令处理器的多媒体处理能力得到最大70%的提升。SSE4加入了6条浮点型点积运算指令，支持单精度、双精度浮点运算及浮点产生操作，且IEEE 754指令 (Nearest, -Inf, +Inf, and Truncate) 可立即转换其路径模式，大大减少延误，这些改变将对游戏及 3D 内容制作应用有重要意义。此外，SSE4加入串流式负载指令，可提高以图形帧缓冲区的读取数据频宽，理论上可获取完整的快取缓存行，即每次读取64Bit而非8Bit，并可保持在临时缓冲区内，让指令最多可带来8倍的读取频宽效能提升，对于视讯处理、成像以及图形处理器与中央处理器之间的共享数据应用，有着明显的效能提升。SSE4指令集让45nm Penryn处理器增加了2个不同的32Bit向量整数乘法运算单元，并加入8位无符号(Unsigned)最小值及最大值运算，以及16Bit及32Bit有符号 (Signed) 运算。在面对支持SSE4指令集的软件时，可以有效的改善编译器效率及提高向量化整数及单精度代码的运算能力。同时，SSE4改良插入、提取、寻找、离散、跨步负载及存储等动作，令向量运算进一步专门。 SSE4.1指令集Intel代表处理器：45nm 酷睿2SSE4.2指令集 在Nehalem架构的Core i7处理器中，SSE4.2指令集被引入，加入了STTNI（字符串文本新指令）和ATA（面向应用的加速器）两大优化指令。　　SSE4.2新加入的几条新指令有两类。第一类是字符串与文本新指令STTNI，STTNI包含了四条具体的指令。STTNI指令可以对两个16位的数据进行匹配操作，以加速在XML分析方面的性能。据Intel表示，新指令可以在XML分析方面取得3.8倍的性能提升。第二类指令是面向应用的加速指令ATA。ATA包括冗余校验的CRC32指令、计算源操作数中非0位个数的POPCNT指令，以及对于打包的64位算术运算的SIMD指令。CRC32指令可以取代上层数据协议中经常用到的循环冗余校验，据Intel表示其加速比可以达到6.5~18.6倍；POPCNT用于提高在DNA基因配对、声音识别等包含大数据集中进行模式识别和搜索等操作的应用程序性能。 Intel也公布了支持新指令集的开发工具。这些工具涵盖了主流的编译开发环境。目前已明确支持SSE4.2的开发环境包括：Intel C++ Compiler 10.X、微软的Visual Studio 2008 VC++、GCC 4.3.1、Sun Studio Express等。程序员可以直接使用高级编程语言编程，编译器会自动生成优化结果。当然程序员也可以用内嵌汇编的方式来达到目的。 SSE4指令集Intel代表处理器：45nm i7