Расширения, применяемые в процессорах для работы в асни.

PAE

В более поздних 32-разрядных процессорах (начиная с Pentium Pro) появилось PAE (Physical Address Extension) — расширение адресов физической памяти до 36 бит (возможность адресации 64 Гбайт ОЗУ). Это изменение не затронуло разрядности задач — они остались 32-битными.

MMX

Дополнительный «мультимедийный» (англ. Multi-Media eXtensions) набор инструкций, выполняющих по несколько характерных для процессов кодирования/декодирования потоковых аудио/видеоданных действий за одну машинную инструкцию. Впервые появился в процессорах Pentium MMX. Обеспечивает только целочисленные вычисления.

SSE

SSE (англ. Streaming SIMD Extensions — потоковое SIMD-расширение) — это SIMD (англ. Single Instruction, Multiple Data — «одна инструкция — множество данных») набор инструкций, разработанный Intel и впервые представленный в процессорах серии Pentium III. Поддерживает вычисления с плавающей точкой. SSE состоит из восьми 128-битных регистров (с xmm0 до xmm7). Каждый регистр определяет 4 последовательных значения с плавающей точкой одинарной точности. SSE включает в себя инструкции, которые производят операции со скалярными и упакованными типами данных.

SSE2

Улучшенное расширение SSE. Появилось в процессорах Pentium 4. Производит потоковые вычисления с вещественными числами двойной точности (2 числа по 64 бита в одном регистре SSE). Кроме того, добавлены инструкции, аналогичные расширению MMX, работающие с регистрами SSE (16 байт, 8 слов, 4 двойных слова или 2 учетверённых слова в одном регистре). SSE2 включает в себя ряд команд управления кэшем, предназначенных для минимизации загрязнения кэша при обработке неопределенных потоков информации.

SSE3

Продолжение SSE и SSE2, появилось в процессорах Prescott. Набор SSE3 содержит 13 инструкций: FISTTP (x87), MOVSLDUP (SSE), MOVSHDUP (SSE), MOVDDUP (SSE2), LDDQU (SSE/SSE2), ADDSUBPD (SSE), ADDSUBPD (SSE2), HADDPS (SSE), HSUBPS (SSE), HADDPD (SSE2), HSUBPD (SSE2), MONITOR (нет аналога в SSE3 для AMD), MWAIT (нет аналога в SSE3 для AMD). Наиболее заметное изменение — возможность горизонтальной работы с регистрами. Если говорить более конкретно, добавлены команды сложения и вычитания нескольких значений, хранящихся в одном регистре. Эти команды упростили ряд DSP и 3D-операций. Существует также новая команда для преобразования значений с плавающей точкой в целые без необходимости вносить изменения в глобальном режиме округления.

SSSE3

Дополнение к SSE3 для работы с упакованными целыми. Новыми в SSSE3, по сравнению с SSE3, являются 16 уникальных команд, работающих с упакованными целыми. Каждая из них может работать как с 64-х битными (MMX), так и с 128-ми битными (XMM) регистрами, поэтому Intel в своих материалах ссылается на 32 новые команды.

Категории новых инструкций: работа со знаком, сдвиги, перемешивание байт, умножения, горизонтальные сложения и вычитания целых.

SSE4

Новый набор команд Intel, впервые реализованный в процессорах серии Penryn.

SSE4 состоит из 54 инструкций, 47 из них относят к SSE4.1 (они есть только в процессорах Penryn). Ожидается, что полный набор команд (SSE4.1 и SSE4.2, то есть 47 + оставшиеся 7 команд) будет доступен в процессорах Nehalem. Ни одна из SSE4 инструкций не работает с 64-битными mmx регистрами, только со 128-битными xmm0-15. Может оказаться, что не будет выпущено 32-битных процессоров с SSE4, только 64-битные — с EM64T.

Добавлены инструкции, ускоряющие компенсацию движения в видеокодеках, быстрое чтение из USWC памяти, множество инструкций для упрощения векторизации программ компиляторами. Кроме того, в SSE4.2 добавлены инструкции обработки строк 8/16 битных символов, вычисления CRC32, popcnt. Впервые в SSE4 регистр xmm0 стал использоваться как неявный аргумент для некоторых инструкций.

Новые инструкции SSE4.1 включают ускорение видео, работу с векторными примитивами, вставки/извлечения, скалярное умножение векторов, смешивания, проверки бит, округления, чтение WC-памяти.

Новые инструкции SSE4.2 включают обработку строк, подсчёт CRC32, подсчет популяции единичных бит, работу с векторными примитивами.

SSE5

Новое расширение x86 инструкций от AMD, названное SSE5. Этот абсолютно новый набор SSE инструкций, созданный специалистами AMD, станет поддерживаться перспективными CPU компании, начиная с 2009 года.

SSE5 привносят в классическую x86 архитектуру некоторые возможности, доступные ранее исключительно в RISC процессорах. Набор инструкций SSE5 определяет 47 новых базисных команд, призванных ускорить однопоточные вычисления благодаря увеличению «плотности» обрабатываемых данных.

Среди новых инструкций выделяется две основные группы. В первую входят инструкции, аккумулирующие результаты умножения. Инструкции такого типа могут быть полезны для организации итерационных вычислительных процессов при рендеринге изображений или при создании трёхмерных аудио эффектов. Вторая группа новых команд включает инструкции, оперирующие с двумя регистрами и сохраняющие результат в третьем. Это нововведение может позволить разработчикам обойтись без лишних пересылок данных между регистрами в вычислительных алгоритмах. Также, SSE5 содержит и несколько новых инструкций для сравнения векторов, для перестановки и перемещения данных, а также для изменения точности и округления.

Основными применениями для SSE5 AMD видит расчётные задачи, обработку мультимедиа контента и средства шифрования. Ожидается, что в счётных приложениях, использующих матричные операции, использование SSE5 может дать 30%-й прирост производительности. Мультимедийные задачи, требующие выполнения дискретного косинусного преобразования, могут получить 20%-е ускорение. А алгоритмы шифрования благодаря SSE5 способны получить пятикратный выигрыш в скорости обработки данных.

AVX

Следующий набор расширений от Intel.

AES

Расширение системы команд AES — реализация в микропроцессоре шифрования AES.

3DNow!

Набор инструкций для потоковой обработки вещественных чисел одинарной точности. Поддерживается процессорами AMD начиная с K6-2. Процессорами Intel не поддерживается.

Инструкции 3DNow! используют регистры MMX в качестве операндов (в один регистр помещается два числа одинарной точности), поэтому, в отличие от SSE, при переключении задач не требуется отдельно сохранять контекст 3DNow!.

64-битный режим

К началу 2000-х годов стало очевидно, что 32-битное адресное пространство архитектуры x86 ограничивает производительность приложений, работающих с большими объёмами данных. 32-разрядное адресное пространство позволяет процессору осуществлять непосредственную адресацию лишь 4 ГБ данных. Этого может оказаться недостаточным для некоторых приложений, связанных, например, с обработкой видео или обслуживанием баз данных.

Для решения этой проблемы Intel разработала новую архитектуру IA-64 — основу семейства процессоров Itanium. Для обеспечения обратной совместимости со старыми приложениями, использующими 32-разрядный код, в IA-64 был предусмотрен режим эмуляции. Однако на практике данный режим работы оказался чрезвычайно медленным. Компания AMD предложила альтернативное решение проблемы увеличения разрядности процессора. Вместо того, чтобы изобретать совершенно новую систему команд, было предложено ввести 64-разрядное расширение к уже существующей 32-разрядной архитектуре x86. Первоначально новая архитектура называлась x86-64, позже она была переименована в AMD64. Первоначально новый набор инструкций поддерживался процессорами семейств Opteron, Athlon 64 и Turion 64 компании AMD. Успех процессоров, использующих технологию AMD64, наряду с вялым интересом к архитектуре IA-64, побудили Intel лицензировать набор инструкций AMD64. При этом был добавлен ряд специфических инструкций, не присутствовавших в изначальном наборе AMD64. Новая версия архитектуры получила название EM64T.

В литературе и названиях версий своих продуктов компании Microsoft и Sun используют объединённое именование AMD64/EM64T, когда речь заходит о 64-разрядных версиях их операционных системWindows и Solaris соответственно. В то же время, поставщики программ для операционных системGNU/Linux, BSD используют метки «x86-64» или «amd64», Mac OS X использует метку «x86_64», если необходимо подчеркнуть, что данное ПО использует 64-разрядные инструкции.