MMX和SSE

MMX

MMX: 是MultiMedia eXtensions(多媒体扩展)的缩写，是第六代CPU芯片的重要特点。MMX技术是在CPU中加入了特地为视频信号(Video Signal)，音频信号(Audio Signal)以及图像处理(Graphical Manipulation)而设计的57条指令，因此，MMX CPU极大地提高了电脑的多媒体(如立体声、视频、三维动画等)处理功能。

除了指令集中增加MMX指令(多媒体增强指令集)外，还将CPU芯片内的L1缓存由原来的16KB增加到32KB（16K指令+16K数据），因此MMXCPU比普通CPU在运行含有MMX指令的程序时，处理多媒体的能力上提高了60%左右。目前CPU基本都具备MMX技术，除P55C和Pentium ⅡCPU还有K6、K6 3D、MII等。

MMX是Intel公司为增强 CPU 在音像、图形和通信应用方面而采取的技术，MMX技术是继Intel386(TM)处理器（将体系结构扩展至32位）之后对Intel体系结构的最重要的加强。这些指令集能够加速处理有关图形、影像、声音等的应用，MMX 加强了在多媒体处理功能的不足，它可以利用其内建的多媒体指令来模拟3D绘图的处理、 MPEG的压缩/解压缩。立体声的音效等，只要是软件支持MMX CPU，即可以取代这些硬件的接口而达到多媒体的功效。

Intel（美国英特尔公司）的MMX(TM)技术拟在加速多媒体及通信应用程序的运行。这项技术包含一些新的指令及数据类型，从而使得应用程序获得更高水平的性能。

MMX技术被设计为一套基本的、通用的整数指令，可简便地应用于各种多媒体及通信应用程序。

　　MMX技术的基础是一项称为单指令、多数据（SIMD）的技术。它使得许多条信息可由一条单一指令来处理，这种平行操作使

性能得以大幅度地提高。MMX技术被集成到Intel体系结构的处理器中，同时保持了与现有操作系统（如MS DOS，Windows3.1，Windows95，OS/2及UNIX）的充分兼容。除此之外，所有Intel体系结构的软件将能够在采用MMX技术的系统中运行。

　　MMX的另一个特征是在计算结果超过实际处理能力的时候也能进行正常处理。若用传统的X86指令，计算结果一旦超出了CPU

处理数据的限度，数据就要被截掉，而变成较小的数。MMX利用所谓的“饱和（Saturation）”功能，圆满的解决了这一问题。

SSE

SSE是指令集的简称，它包括70条指令，其中包含单指令多数据浮点计算、以及额外的SIMD整数和高速缓存控制指令。其优势包括：更高分辨率的图像浏览和处理、高质量音频、MPEG2视频、同时MPEG2加解密；语音识别占用更少CPU资源；更高精度和更快响应速度。

计算机上的SSE

　　SSE(StreamingSIMD Extensions)是英特尔在AMD的3D Now!发布一年之后，在其计算机芯片Pentium III中引入的指令集，是MMX的超集。AMD后来在AthlonXP中加入了对这个指令集的支持。这个指令集增加了对8个128位寄存器XMM0-XMM7的支持，每个寄存器可以存储4个单精度浮点数。使用这些寄存器的程序必须使用FXSAVE和FXRSTR指令来保持和恢复状态。但是在Pentium III对SSE的实现中，浮点数寄存器又一次被新的指令集占用了，但是这一次切换运算模式不是必要的了，只是SSE和浮点数指令不能同时进入CPU的处理线而已。

　　SSE2是Intel在P4的最初版本中引入的，但是AMD后来在Opteron 和Athlon 64中也加入了对它的支持。这个指令集添加了对64位双精度浮点数的支持，以及对整型数据的支持，也就是说这个指令集中所有的MMX指令都是多余的了，同时也避免了占用浮点数寄存器。这个指令集还增加了对CPU的缓存的控制指令。AMD对它的扩展增加了8个XMM寄存器，但是需要切换到64位模式(AMD64)才可以使用这些寄存器。Intel后来在其EM64T架构中也增加了对AMD64的支持。

　　SSE3是Intel在P4的Prescott版中引入的指令集，AMD在Athlon 64的第五个版本中也添加了对它的支持。这个指令集扩展的指令包含寄存器的局部位之间的运算，例如高位和低位之间的加减运算；浮点数到整数的转换，以及对超线程技术的支持。

　　SSE4指令集将给英特尔下一代平台带来“相当大的视频性能提升”。,其它视频增强技术还包括CVT（明晰视频技术）--英特尔对ATIAvivo的回应--和对UDI的支持。上述两项技术基于英特尔965芯片组。其它英特尔官方文件把CVT技术定义为：支持高级解码、拥有预处理和增强型3D处理能力。 SSE4指令集是Conroe架构所引入的新指令集。这项原本计划应用于NetBurst微架构Tejas核心处理器之上的全新技术也随着它的夭折最终没能实现，这不能不说是个遗憾，但是SSE4指令集出现在了Conroe上又让我们看到了希望。

　　SSE4指令集共包括16条指令，不过虽然扣肉处理器推出已经有一些时日，但目前英特尔仍没有公布SSE4指令集的具体资料。这相当令人感到纳闷。也许英特尔是基于特殊的考虑，仅让少数合作软件厂商取得数据，只是这种作法实在很没有说服力就是了，天底下没有哪家处理器厂商，希望自己新增的指令越少人用越好。

　　不过，从IntelCore微架构针对SSE指令所作出的修改被称之为“IntelAdvanced Digital Media Boost”技术来看，未来SSE4将更注重针对视频方面的优化，我们认为SSE4主要改进之处可能将针对英特尔的Clear Video高清视频技术及UDI接口规范提供强有力的支持。这两项技术基于965芯片组，Intel的官方把Clear Video技术定义为：支持高级解码、拥有预处理和增强型3D处理能力。值得一提的是，在SSE4中另一个重要的改进就是提供完整128位宽的SSE执行单元，一个频率周期内可执行一个128位SSE指令。Conroe中SSE的ADDPS(4D 32bit共128bit，单精度加法)、MULPS(4D32bit共128bit，单精度乘法)和SSE2的ADDPD(2D 64bit共128bit，双精度加法)、MULPD(2D64bit共128bit，双精度乘法)，这四条重要SSE算术指令的吞吐周期都降低到1个周期，真正做到了英特尔宣称的每个周期执行一条128位向量加法指令和一条128位向量乘法指令的能力。

　　可以说Conroe的向量单元已经全面引入了流水线化的设计。而支持SSE3的NetBurst微处理器架构虽然提供128位宽执行单元，但仅有一组，性能孰高孰低一目了然。更为重要的是，目前已经有相当多的软件针对SSE指令集进行了优化，其中包括2D制图、3D制图、视频播放、音频播放、文件压缩等方面，可见其应用范围相当广泛。

　　配合完整的128位SSE执行单元，以及庞大的执行单元数目，Conroe处理器可在一个频率周期内，同时执行128位乘法、128位加法、128位数据加载与128位数据回存，或着是4个32位单倍浮点精确度乘法与4个32位单倍浮点精确度加法运算，这将使其更利于多媒体应用。因此，SSE4指令集能够有效带来系统性能上的提升，这一代在众多测试中早已被证实。虽然其不会像当年SSE2指令集出现时那样带来巨大的性能提升，但是其在某些特殊方面的应用还是让我们对它充满了期待。

后续版本

SSE2

　　SSE2是Intel在Pentium 4处理器的最初版本中引入的，但是AMD后来在Opteron 和Athlon 64处理器中也加入了SSE2的支持。SSE2指令集添加了对64位双精度浮点数的支持，以及对整型数据的支持，也就是说这个指令集中所有的MMX指令都是多余的了，同时也避免了占用浮点数寄存器。这个指令集还增加了对CPU快取的控制指令。AMD对它的扩展增加了8个XMM寄存器，但是需要切换到64位模式（AMD64）才可以使用这些寄存器。Intel后来在其EM64T架构中也增加了对AMD64的支持。

SSE3

　　SSE3是Intel在Pentium 4处理器的Prescott 核心中引入的第三代SIMD指令集，AMD在Athlon 64的第五个版本，Venice核心中也加入了SSE3的支持。这个指令集扩展的指令包含寄存器的局部位之间的运算，例如高位和低位之间的加减运算；浮点数到整数的转换，以及对超执行绪技术的支持。

SSSE3

　　SSSE3是Intel针对SSE3指令集的一次额外扩充，最早内建于Core 2 Duo处理器中。

SSE4

　　SSE4是Intel在Penryn核心的Core 2Duo与Core 2 Solo处理器时，新增的47条新多媒体指令集，并且现在更新至SSE4.2。AMD也开发了属于自己的SSE4a多媒体指令集，并内建在Phenom与Opteron等K10架构处理器中，不过无法与Intel的SSE4系列指令集相容。

SSE5

　　SSE5]是AMD为了打破Intel垄断在处理器指令集的独霸地位所提出的，SSE5初期规划将加入超过100条新指令，其中最引人注目的就是三算子指令（3-Operand Instructions）及熔合乘法累积（FusedMultiply Accumulate）。其中，三算子指令让处理器可将一个数学或逻辑函式库，套用到算子或输入资料。借由增加算子的数量，一个 x86 指令能处理二至三笔资料，SSE5 允许将多个简单指令汇整成一个指令，达到更有效率的指令处理模式。提升为三运算指令的运算能力，是少数 RISC 架构的水平。熔合乘法累积让允许建立新的指令，有效率地执行各种复杂的运算。熔合乘法累积可结合乘法与加法运算，透过单一指令执行多笔重复计算。透过简化程式码，让系统能迅速执行绘图着色、快速相片着色、音场音效，以及复杂向量演算等效能密集的应用作业。SSE5最快将内建于AMD下一代Bulldozer核心。

AVX

　　AVX是Intel的SSE延伸架构，如IA16至IA32般的把暂存器XMM 128bit提升至YMM256bit，以增加一倍的运算效率。此架构支持了三运算指令（3-Operand Instructions），减少在编码上需要先复制才能运算的动作。在微码部分使用了LES LDS这两少用的指令作为延伸指令Prefix。

FMA

　　FMA是Intel的AVX扩充指令集，如名称上熔合乘法累积（Fused Multiply Accumulate）的意思一样。