CPU中的新指令集

Question

每一代新一代CPU都会引入一些新的指令集，即MMX，3DNOW，SSE等。

我对他们几乎没有一般性问题：

1. 如果某些程序使用例如SSE指令，它是否可以在不支持SSE的CPU上运行？
2. 如果是，是否意味着这些指令将被更改为更多更简单的指令？
3. 如果没有，这是否意味着这些新指令的真正性能影响将在几年之后，大多数CPU将支持此类技术（因此不存在任何不兼容性）？
4. 当我编译一个带有优化的C ++程序时，是否意味着它会使用一些新的指令？ （我知道这取决于很多因素，特别是代码，但我想要一些一般的答案）。或者它们主要是为用asm编写的程序保留的？

Answer 1

1）是和否：CPU会认为它们无效，但如果程序检查CPU是否支持这些指令，那么它可以回退到不使用这些指令的版本，允许程序为无论如何都要跑。

2）程序必须使用更“基本”的指令提供替代实现，并知道何时使用哪一个。

3）由于程序可以检查CPU，现在可以获得好处，但当然，如果您的用户使用不支持这些指令的CPU，他们将看不到任何好处。

4）这完全取决于编译器和优化器。一些指令集可能被认为足够大，以至于编译器将始终使用它们，除非你告诉它不要，而其他指令集则相反：你必须告诉编译器使用它们。它是否会自动创建回退也将取决于编译器。

Answer 2

详细说明Michael Madsen对问题4的回答，GCC默认为i386处理器生成代码。它提供了一个名为-march的标志（也称为-mcpu），用于确定编译器将发出哪种指令。 Microsoft cl.exe为同一目的提供/arch:和/Gx标记。

该标志还会影响指令的排序方式，因为不同的CPU可以相对较慢或更快地执行给定的代码段，具体取决于指令的显示顺序。

我不知道任何会创建自动功能集回退代码的静态编译器。通常必须由程序员明确地完成。但好消息是程序员不一定是你;例如，liboil库（Optimized Inner Loops）将在运行时根据运行的机器选择要运行的最佳代码。

Answer 3

包含新指令的可执行文件只能在支持这些新指令的CPU上执行。您可以将编译器配置为针对特定CPU进行编译。

Answer 4

MMX自1996年以来一直存在，SSE于1999年问世，SSE2于2001年首次亮相Pentium 4.我认为可以安全地假设您将使用的任何CPU都有MMX和SSE，可能还有SSE2。 3DNOW我认为只是AMD，所以不要指望这些指令可用。

Answer 5

  

  
1. 如果某些程序使用例如SSE指令，它是否可以在不支持SSE的CPU上运行？
  

没有。但是通常这通常会生成陷阱或异常，并且陷阱/中断处理程序可以在需要时处理它。

例如很久以前，软件通常包含x87的代码。如果x87协处理器存在，该指令将在硬件中正常运行，但如果计算机缺少x87协处理器，则它将生成一个陷阱，之后该指令将在软件中处理并返回结果正常。见What is the protocol for x87 floating point emulation in MS-DOS?

Hackintosh的第一个版本也使用它来模拟不支持该指令集的CPU上的SSE2。当然表现很糟糕，但它会运行。

  

  
1. 如果没有，这是否意味着这些新指令的真正性能影响将在几年之后，大多数CPU将支持此类技术（因此不存在任何不兼容性）？
  

是。但几年后，也许软件需要更新，对吧？对于关键性能软件，可能需要重写以利用新指令集。对于其他一些人来说，性能的提升可能并不明显

  

  
1. 当我编译一个带有优化的C ++程序时，是否意味着它会使用一些新的指令？ （我知道这取决于很多因素，特别是在代码上，但我想要一些一般的答案）或者它们主要用于用asm编写的程序？
  

取决于您在编译时传递给它的编译器和选项。

现代编译器支持auto-vectorization所以他们detect common idioms and optimize it。您只需重新编译即可利用新的指令集。但对于复杂的情况，您仍然需要使用SIMD内在函数手动优化

如果您使用外部库，即使您没有对您的程序执行任何操作，当更新库以支持新指令集时，您也会自动获得速度提升