c++ - "each CPU instruction can manipulate 32 bits of data"是什么意思？

Question

发件人:https://www.webopedia.com/TERM/R/register.html

The number of registers that a CPU has and the size of each (number of bits) help determine the power and speed of a CPU. For example a 32-bit CPU is one in which each register is 32 bits wide. Therefore, each CPU instruction can manipulate 32 bits of data.

对于我们编写的 C/C++ 程序，我们在记事本中编写的文本，“每个 CPU 指令可以操作 32 位数据”是什么意思？

Answer 1

首先； “每个 CPU 指令都可以操作 32 位数据”是一个(技术上不正确的)概括。例如(32 位 80x86)有指令(例如 cmpxchg8b、pushad、shr​​d)和整个扩展(MMX、SSE、AVX)其中一条指令可以处理超过 32 位的数据。

为了表现；最好将其视为“可以在固定时间内完成的工作量”或“完成固定工作量的时间量”。这可以分为 2 个值 - 完成一定量的工作需要多少条指令，以及在固定时间内可以执行多少条指令(每秒指令数)。

现在考虑添加一对 128 位整数。对于 32 位 CPU，这必须分解为四个 32 位加法，并且可能看起来像这样:

    ;Do a = a + b

    mov eax,[b]
    mov ebx,[b+4]
    mov ecx,[b+8]
    mov edx,[b+12]
    add [a],eax
    adc [a+4],ebx
    adc [a+8],ecx
    adc [a+12],edx

在这种情况下，“您需要多少条指令来完成一定量的工作”是 8 条指令。

对于 16 位 CPU，您需要更多指令。例如，它可能更像这样:

    mov ax,[b]
    mov bx,[b+2]
    mov cx,[b+4]
    mov dx,[b+6]
    add [a],ax
    mov ax,[b+8]
    adc [a+2],bx
    mov bx,[b+10]
    adc [a+4],cx
    mov cx,[b+12]
    adc [a+6],dx
    mov dx,[b+14]
    add [a+8],ax
    adc [a+10],bx
    adc [a+12],cx
    adc [a+14],dx

在这种情况下，“你需要多少条指令来完成一定数量的工作”是 16 条指令。在“每秒指令数”相同的情况下，对于这项工作，16 位 CPU 的速度将是 32 位 CPU 的一半。

对于 64 位 CPU，这项工作只需要 4 条指令，可能是这样的:

    mov eax,[b]
    mov ebx,[b+8]
    add [a],eax
    adc [a+8],ebx

在这种情况下，在“每秒指令数”相同的情况下，64 位 CPU 的速度将是 32 位 CPU 的两倍(并且是 16 位 CPU 的 4 倍)。

当然，高级源代码在所有情况下都是相同的 - 区别在于编译器生成的内容。

请注意，我在这里展示的(128 位整数加法)是一个“快乐的案例”——我特地选择这个是因为它很容易展示更大的寄存器如何减少/改进“你需要执行多少指令”工作量”，从而提高性能(以相同的“每秒指令数”)。对于不同的工作，您可能不会获得相同的改进。例如，对于使用 8 位整数(例如 char)的函数，“大于 8 位寄存器”可能根本没有帮助(在某些情况下可能会使事情变得更糟)。