指令集概述

计算机指令就是指挥机器工作的指示和命令，程序就是一系列按一定顺序排列的指令，执行程序的过程就是计算机的工作过程。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。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的工具之一。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。

在计算机中，指示计算机硬件执行某种运算、处理功能的命令称为指令。指令是计算机运行的最小的功能单位，而硬件的作用是完成每条指令规定的功能。一台计算机上全部指令的集合，就是这台计算机的指令系统。指令系统也称指令集，是这台计算机全部功能的体现。而人们设计计算机首要考虑的是它拥有的功能，也就是首先要按功能档次设计指令集，然后按指令集的要求在硬件上实现。指令系统不仅仅是指令的集合，还包括全部指令的指令格式、寻址方式和数据形式。所以，各计算机执行的指令系统不仅决定了机器所要求的能力，而且也决定了指令的格式和机器的结构。反过来说，不同结构的机器和不同的指令格式应该具有与之相匹配的指令系统。为此，设计指令系统时，要对指令格式、类型及操作功能给予应有的重视。软件是为了使用计算机而编写的各种系统和用户的程序，程序由一个序列的计算机指令组成。从这个角度上说，指令是用于设计程序的一种计算机语言单位。

计算机的指令系统是指一台计算机上全部指令的集合，也称计算机的指令集。指令系统包括指令格式、寻址方式和数据形式。一台计算机的指令系统反映了该计算机的全部功能，机器类型不同，其指令系统也不同，因而功能也不同。指令系统的设置和机器的硬件结构密切相关，一台计算机要有较好的性能，必须设计功能齐全、通用性强、内含丰富的指令系统，这就需要复杂的硬件结构来支持。

常见的指令集有：Intel的x86，EM64T，MMX，SSE，SSE2，SSE3，SSSE3 (Super SSE3)，SSE4A，SSE4.1，SSE4.2，AVX，AVX2，AVX-512，VMX等指令集;和AMD的x86，x86-64，3D-Now!指令集。

RISC指令集是以后高性能CPU的发展方向。它与传统的CISC(复杂指令集)相对。相比而言，RISC的指令格式统一，种类比较少，寻址方式也比复杂指令集少。使用RISC指令集的体系结构主要有ARM、MIPS。MIPS 指令集是最早实现商用的精简指令集(RISC)之一，上个世纪80年代初由斯坦福大学的研究小组研发，并在1984年成立MIPS计算机公司 [3] 。随后MIPS 成为上世纪90年代最流行的指令集，一度与 x86 和ARM 指令集齐名。RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点，并可以应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。随着移动互联网的兴起，MIPS 指令集逐渐衰落，公司也多次辗转被收购。

Intel AVX指令集在SIMD计算性能增强的同时也沿用了的MMX/SSE指令集。不过MMX/SSE的不同点在于增强的AVX指令，从指令的格式上就发生了很大的变化。x86 (IA-32/Intel 64)架构的基础上增加了prefix (Prefix)，所以实现了新的命令，也使更加复杂的指令得以实现，从而提升了x86 CPU的性能。AVX并不是x86 CPU的扩展指令集，可以实现更高的效率，同时和CPU硬件兼容性也好，并且也有着足够的扩展空间，这都和其全新的命令格式系统有关。更加流畅的架构就是AVX发展的方向，换言之，就是摆脱传统x86的不足，在SSE指令的基础上AVX也使SSE指令接口更加易用。针对AVX的最新的命令编码系统，Intel也给出了更加详细的介绍，其中包括了大幅度扩充指令集的可能性。比如Sandy Bridge所带来的融合了乘法的双指令支持。从而可以更加容易地实现512bits和1024bits的扩展。而在2008年末到2009年推出的meniikoa CPU“Larrabee (LARAB)”处理器，就会采用AVX指令集。从地位上来看AVX也开始了Intel处理器指令集的新篇章。