桌面/服务器RISC的多媒体扩展

由于所有的桌面微处理都支持图形显示，并且晶体管的成本下降，所以不可避免的，需要支持图形操作。很多图形系统用分别用8个bit来表示三原色中的一种，再用剩下的8个bit来表示像素位置。

音频相关特效，比如扬声器，麦克风之类应用在远程会议，电子游戏上面。音频取样需要超过8个bit的精度，不过一般不会超过16个。

所有的微处理器都支持字节和半字的数据存储，来减少内存占用，但是因为一般的算术操作很少涉及到这种数，所以除了数据传输指令，没有其他指令是操作这些类型的数的。Intel i860的设计师发现图形和音频的很多数据操作都是相似的向量计算。以1989年的晶体管集成度，一个单独的向量处理单元的成本太高。不过，可以通过阻断一个64位ALU内部的进位，达到短向量的操作目的。一个64位的ALU，可以同时操作8个8bit操作数，4个16bit操作数，或者2个32位操作数。这样分隔ALU的代价很小。很多应用程序使用了这个特性，比如MPEG（视频），DOOM（3D图形），Adobe photoshop（数字图像），还有远程会议（音频和图像处理）。

就像病毒，这些多媒体支持很快就占据了所有的桌面微处理器。HP是第一个支持多媒体的桌面RISC。我们应该看到，这种支持并不均衡，IBM分割了多媒体支持。PowerPC支持了指令，但是Power版本没有支持。

这些扩展被叫做子字并行，向量，或者单指令多数据（SIMD）。由于Intel销售用来形容80x86的MMX扩展，所以SIMD变成最流行的叫法。图20汇总了各个体系结构的支持。

图20 桌面RISC多媒体扩展汇总。B代表byte（8个bit），H代表半字（16个bit），W代表字（32个bit）。所以8B的意思是一条指令一次操作8个字。pack和unpack用2*2W的意思是两个操作数都是两个字大小。注意MDMX有向量/标量操作，当作为标量的时候代表是向量寄存器组的一个元素。这个图是对完整多媒体指令的简化汇总，省略了很多细节。比如，MIPS MDMX包含两个操作数的复用指令，HP MAX2包括计算平均值的指令，SPARC VIS包括将寄存器设置为常数。还有，这个表没有包括MDMX，MAX和VIS的内存对齐操作。

从图20可以看出，一般来说MIPS MDMX一条指令操作8个字节或者4个半字，HP PA-RISC MAX2操作4个半字，SPARC VIS操作4个半字或者两个字，Alpha对应的操作很少。Alpha MAX只有字节版本的比较，最小，最大，以及绝对值比较，将加减乘的操作交给软件来处理。MIPS还添加了一条指令的两个32位浮点的操作，但是在MIPS V中多媒体扩展有所改变（见“MIPS64指令独特点”一节）。

有一个在通用微处理器上面不常见的特性叫做饱和操作。饱和操作是指，当一次计算结果溢出的时候，将结果设置为最大的正数，或者最小的负数，而不是对结果做取模。这种特性一般出现在DSP上面（见下一个小节），这种饱和操作在做过滤的时候会很有用。

这些机器很大程度上都用现有的寄存器来保存操作数：Alpha和HP RA-RISC用整数寄存器，MIPS和Sun用浮点寄存器。数据读写的操作就使用标准的读写指令。PowerPC ActiveC 添加了32个128位的寄存器。MIPS添加了一个192位（3*64）的寄存器当作这些操作的累加器。3倍宽的数据宽度，让它可以分隔成8个24位或者4个48位。这个宽的累加器可以用在加，减，和乘加指令上面。MIPS声称可以提高2到4倍的效率。

也许图20中最让人惊讶的是体系结构间的指令开始缺乏一致性。在所有体系结构中都有的操作只有逻辑运算（与/或/异或）。如果省略掉节俭的Alpha，还有一致的操作是对4个半字的加法和减法。

每个体系结构制造商都申明这些指令是用在手工优化的子程序库中，这是因为，编译器很难为所有的桌面RISC体系结构生成合适的多媒体扩展指令。（也就是说，即使写的是C语言的代码，编译器也很难把它编译成多媒体扩展指令。要用这些指令，只能手工写汇编的库来做优化）。