CPU主流技术和指令集

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cpu指令集

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CPU_多媒体指令集解释CPU依靠指令来计算和控制系统,每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。

指令的强弱也是CPU的重要指标,指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。

从现阶段的主流体系结构讲,指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分,而从具体运用看,如Intel的MMX(Multi Media Extended)、SSE、 SSE2(Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2)和AMD的3DNow!等都是CPU的扩展指令集,分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。

我们通常会把CPU的扩展指令集称为"CPU的指令集"。

精简指令集的运用在最初发明计算机的数十年里,随着计算机功能日趋增大,性能日趋变强,内部元器件也越来越多,指令集日趋复杂,过于冗杂的指令严重的影响了计算机的工作效率。

后来经过研究发现,在计算机中,80%程序只用到了20%的指令集,基于这一发现,RISC精简指令集被提了出来,这是计算机系统架构的一次深刻革命。

RISC体系结构的基本思路是:抓住CISC 指令系统指令种类太多、指令格式不规范、寻址方式太多的缺点,通过减少指令种类、规范指令格式和简化寻址方式,方便处理器内部的并行处理,提高VLSI器件的使用效率,从而大幅度地提高处理器的性能。

RISC指令集有许多特征,其中最重要的有:1. 指令种类少,指令格式规范:RISC指令集通常只使用一种或少数几种格式。

指令长度单一(一般4个字节),并且在字边界上对齐。

字段位置、特别是操作码的位置是固定的。

2. 寻址方式简化:几乎所有指令都使用寄存器寻址方式,寻址方式总数一般不超过5个。

其他更为复杂的寻址方式,如间接寻址等则由软件利用简单的寻址方式来合成。

3. 大量利用寄存器间操作:RISC指令集中大多数操作都是寄存器到寄存器操作,只以简单的Load和Store操作访问内存。

arm架构 cpu技术参数

arm架构 cpu技术参数

arm架构 cpu技术参数
ARM处理器的技术参数主要包括以下几个方面:
1. 处理器架构:ARM处理器基于ARM架构进行设计。

ARM架构是一种精简指令集(RISC)架构,具有低功耗、低成本和高性能的特点。

2. 指令集:ARM处理器支持多种指令集,包括Thumb(16位)/ARM (32位)双指令集。

3. 寄存器:ARM处理器使用大量的寄存器,这有助于提高指令执行速度。

4. 高速缓存:ARM处理器通常具有高速缓存(Cache)功能,用于存储常用的数据和指令,以加速内存访问速度。

5. 内存管理单元(MMU):ARM处理器具有内存管理单元,用于实现虚拟内存到物理内存的转换。

6. 浮点单元(FPU):对于需要高性能浮点运算的应用,ARM处理器可以配备浮点单元。

7. 功耗管理:ARM处理器具有低功耗设计,支持多种节能模式和电源管理模式。

8. 安全性:ARM处理器具备硬件安全功能,支持加密和安全启动等安全特性。

9. 互连:ARM处理器支持多种互连技术,如高速串行接口、总线互连等,以实现多个处理器或模块之间的通信。

10. 应用领域:ARM处理器广泛应用于移动设备、嵌入式系统、物联网设备、服务器等领域。

以上是ARM架构CPU的一些常见技术参数,具体的技术规格可能会因不同的处理器型号而有所差异。

ASIC、NP、X86、RISC、DSP 、ARM、单片机几种常见技术介绍

ASIC、NP、X86、RISC、DSP 、ARM、单片机几种常见技术介绍
RISC主要特点:
RISC微处理器不仅精简了指令系统,采用超标量和超流水线结构;它们的指令数目只有几十条,却大大增强了并行处理能力。如:1987年Sun
Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构,这些RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。
(2)程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数据;
(3)片内具有快速RAM,通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问;
(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持;
(5)快速的中断处理和硬件I/O支持;
● 分级存储器组织: NP存储器一般包含多种不同性能的存储结构,对数据进行分类存储以适应不同的应用目的。
● 高速I/O接口:
NP具有丰富的高速I/O接口,包括物理链路接口、交换接口、存储器接口、PCI总线接口等。通过内部高速总线连接在一起,提供很强的硬件并行处理能力。
现代ASIC常包含整个32-bit处理器,类似ROM、RAM、EEPROM、Flash的存储单元和其他模块.
这样的ASIC常被称为SoC(片上系统)。
FPGA是ASIC的近亲,一般通过原理图、VHDL对数字系统建模,运用EDA软件仿真、综合,生成基于一些标准库的网络表,配置到芯片即可使用。它与ASIC的区别是用户不需要介入芯片的布局布线和工艺问题,而且可以随时改变其逻辑功能,使用灵活。
针对滤波、相关、矩阵运算等需要大量乘和累加运算的特点,DSP的算术单元的乘法器和加法器,可以在一个时钟周期内完成相乘、累加两个运算。近年出现的某些DSP如ADSP2106X、DSP96000系列DSP可以同时进行乘、加、减运算,大大加快了FFT的蝶形运算速度。

CPU指令集详解

CPU指令集详解
硬 件 世 界
1 2 计 算 机 与 网 络 创 新 生 活
C U指令集详解 P
C U 依靠指令来计算和控制系统 . P 每 款 C U 在 设 计 时 就 规 定 了 一 系 列 与 P 其 硬 件 电路 相 配 合 的 指 令 系 统 。指 令 的 强 弱 也 是 C U 的重 要 指 标 ,指 令 集 是 P
那 就 是 MMX 指 令 集 与 x 7浮 点 运 算 8 指 令 不 能 够 同时 执 行 , 须 做 密 集 式 的 必 交 错 切 换 才 可 以 正 常 执 行 , 种 情 况 就 这 势 必 造 成 整 个 系 统运 行 质量 的 下降 。
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对 于 CP 来 说 , 基 本 功 能 方 面 , U 在 它 们 的 差别 并 不 太 大 , 本 的指 令 集 也 基 都 差 不 多 . 是许 多 厂 家 为 了提 升 某 一 但 方 面 性 能 , 开 发 了 扩 展 指 令 集 , 展 又 扩 指 令 集 定 义 了 新 的 数 据 和 指 令 , 够 大 能
MMX 指 令 集
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简述cpu的主要技术指标

简述cpu的主要技术指标

简述cpu的主要技术指标
cpu是中央处理器的简称,是电子计算机的核心部件,负责执行指令和处理数据。

cpu的性能影响着整个计算机系统的运行速度和效率。

cpu的主要技术指标有以下几个方面:
字长:指cpu一次能处理的二进制数据的位数,反映了cpu的运算精度和信息处理能力。

字长越长,cpu的性能越高。

频率:指cpu内部数字脉冲信号的振荡速度,反映了cpu的工作速度。

频率越高,cpu每秒能执行的指令数越多,cpu的性能越高。

缓存:指cpu内部的高速存储器,用于暂存部分指令和数据,减少cpu与内存之间的数据交换,提高cpu的运行效率。

缓存越大,cpu 的性能越高。

核心数:指cpu内部包含的独立运算单元的个数,反映了cpu的并行处理能力。

核心数越多,cpu能同时执行的任务越多,cpu的性能越高。

线程数:指cpu内部支持的逻辑处理单元的个数,反映了cpu的多任务处理能力。

线程数越多,cpu能同时处理的指令流越多,cpu的性能越高。

指令集:指cpu能识别和执行的指令的集合,反映了cpu的功能和兼容性。

指令集越丰富,cpu能处理的问题类型越多,cpu的性能越高。

计算机组装 当前CPU技术简介

计算机组装  当前CPU技术简介

计算机组装当前CPU技术简介在CPU发展过程中,除了产品的生产工艺得到不断发展外,也陆续出现了各种各样的CPU技术。

接下来,本节便将对目前的一些主流CPU技术进行简单介绍。

1.CPU节能技术CPU节能技术最早始于笔记本计算机,其目的是控制和降低移动处理器对电力的消耗,以便延长笔记本计算机的续航时间。

不过,随着CPU性能的提升,其功耗也越来越大,为此Intel和AMD分别在各自的CPU内加入了相应的节能技术,以控制日益增长的CPU功耗。

●Intel的CPU节能技术Intel最初用于移动处理器的是SpeedStep技术,其节能方式是将CPU分为两种工作模式:使用AC电源时的最高性能模式(Maximum Performace Mode)和使用电池时的电池优化模式(Battery Optimized Mode)。

究其原理,其实是通过对AC电源驱动和电池驱动这两种电力供应模式的识别,分别控制CPU以高性能、高能耗或适中性能、低能耗的方式进行工作,以达到合理优化能源消耗,适当延长电池续航时间的目的。

随后,Intel又发布了增强型SpeedStep技术(EIST),其改进主要在于提供更多的电压和频率工作点,使得处理器能够根据工作需求自动在不同频率间进行切换中,以便求得性能与功耗间取得最理想的折衷。

在桌面级处理器方面,Intel CPU使用的也是EIST节能技术,不同的是桌面版的EIST技术只能通过降低倍频的方法来降低CPU主频,从而达到适当节能的作用。

因此,较移动处理器上的EIST技术要略微逊色一些,不过在进行普通任务时仍旧能够有效降低CPU的功耗和发热量。

●AMD的CPU节能技术AMD为其移动处理器开发的节能技术被称为PowerNow!,其思路同SpeedStep技术相同,即通过调节CPU性能与功耗的方法来实现节能。

但与SpeedStep不同的是,PowerNow!在电池模式下可提供6个电压设置和32组频率调节。

4大主流CPU处理器技术架构分析

4大主流CPU处理器技术架构分析

4大主流CPU处理器技术架构分析1.x86架构:x86架构是由英特尔和AMD共同推出的一种处理器架构。

它是32位和64位处理器的主流架构,广泛用于个人电脑和服务器。

x86架构采用复杂指令集计算机(CISC)的设计思想,通过提供大量的指令集,能够直接执行复杂的操作,从而提高性能。

不过,由于复杂的指令集和多级流水线设计,x86架构的处理器功耗较高,且难以优化。

2.ARM架构:ARM架构是一种低功耗架构,广泛用于移动设备和嵌入式系统。

它采用精简指令集计算机(RISC)的设计思想,通过简化指令集和流水线设计,减少了功耗和芯片面积。

ARM架构具有高效能和低功耗的优势,在移动设备上取得了巨大成功。

它还采用了模块化的设计,可以根据需求选择不同的组件来构建处理器。

3. Power架构:Power架构由IBM开发,广泛应用于大型服务器和超级计算机。

Power架构采用RISC设计思想,通过减少指令数量和复杂度,提高了性能和效率。

Power架构也支持多线程和多处理器技术,可以实现高度的并行计算。

Power架构的处理器主要被用于高性能计算场景,如大数据分析、科学计算等。

4.RISC-V架构:RISC-V架构是一个开源的指令集架构,于2024年由加州大学伯克利分校开发。

RISC-V架构采用RISC设计思想,通过精简指令集和模块化设计,提供了灵活性和可扩展性。

RISC-V架构的指令集规范是公开的,可以任意修改和扩展,使得硬件开发者可以根据需求进行定制。

RISC-V架构对于嵌入式系统和物联网设备具有较大的潜力,也得到了学术界和开源社区的广泛支持。

这四种主流的CPU处理器技术架构各有优势和应用场景,选择合适的架构需要根据具体需求和应用来决定。

无论是个人电脑、服务器还是移动设备,处理器架构的选择都直接影响着性能、功耗和功能扩展性。

随着技术的不断发展,未来的处理器架构可能会进行更多的创新和突破,满足日益增长的计算需求。

电脑中央处理器的架构与性能比较

电脑中央处理器的架构与性能比较

电脑中央处理器的架构与性能比较随着计算机技术的飞速发展,电脑中央处理器(CPU)作为计算机的核心组件之一,扮演着重要的角色。

不同架构的CPU具有不同的性能优势和特点。

本文将探讨几种常见的CPU架构,并对它们的性能进行比较。

一、x86架构x86架构是当前主流桌面和笔记本电脑CPU的主要架构之一。

这种架构由英特尔和AMD等公司研发,被广泛应用于个人电脑的处理器上。

x86架构的CPU采用复杂指令集(CISC)设计,可以执行复杂而功能强大的指令。

这种设计特点使得x86架构的CPU在应对复杂计算和多任务处理时表现出色。

同时,由于x86架构的广泛应用,针对这种架构开发的软件和应用生态系统也非常丰富,使得x86架构的CPU在应用兼容性和软件支持方面具有明显的优势。

然而,由于x86架构历史悠久,设计上存在一些问题,比如指令冗余和复杂性,导致功耗和性能方面的一些限制。

此外,x86架构在移动设备和嵌入式系统等领域的应用相对较少,主要集中在个人电脑领域。

二、ARM架构ARM架构是一种精简指令集(RISC)架构,最初是为移动设备和嵌入式系统设计的。

如今,ARM架构的CPU在智能手机、平板电脑、物联网设备等领域得到广泛应用。

ARM架构的CPU采用精简指令集设计,指令集较为简单,执行效率高,功耗低。

这使得ARM架构的CPU在移动设备上具有出色的性能和电池续航能力。

同时,由于ARM架构设计上的优势,ARM芯片在单核和多核处理器的设计上也更具灵活性。

然而,由于ARM架构的历史相对较短,软件生态系统相对不够成熟。

尽管ARM架构的CPU在处理器核心数量上具有一定的优势,但在单核性能上可能不及x86架构的CPU。

此外,由于ARM架构的广泛应用领域,对特定应用的优化程度可能不同,也导致了某些特定领域的性能不足。

三、RISC-V架构RISC-V架构是一种开放指令集(RISC)架构,近年来逐渐崭露头角。

由于其开放性和免费许可证,RISC-V架构的CPU正在吸引越来越多的关注和应用。

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CPU 主流技术及指令集引文:CPU有哪些主流技术?实际使用中对性能有怎样的影响?Intel官网对I5-2400S spec网址:/pr oducts/52208/Intel-Core-i5-2400S-Processor-(6M-Cache-2_50-GHz)1. CPU主流技术1.1.I ntel EISTSpeedStep技术,使CPU频率能在高、低两个确定的频率间切换,而且这种切换不是即时调整的,通常设置为当用电池时降为低频,而在用交流电源时恢复到高频(全速)。

由于降为低频的同时也会降低电压和功耗,一方面CPU本身耗电量减少,另一方面发热量也会减少,这样还能缩减甚至完全避免使用风扇散热,进一步的节约了用电,因此能延长电池的使用时间;另一方面在用交流电的时候又能恢复为全速工作以获得最高性能。

EIST—Enhanced Intel Speed Step Technology(增强型Intel SpeedStep技术),与早期的SpeedStep 技术不同的是,增强型SpeedStep 技术可以动态调整CPU 频率,当CPU使用率低下或接近零的时候动态降低CPU的倍率,令其工作频率下降,从而降低电压、功耗以及发热;而一旦监测到CPU使用率很高的时候,立即恢复到原始的速率工作。

AMD的CPU有类似效果的技术,称作Power Now!(移动平台)或者Cool'n'Quiet (桌面平台)。

测试过程中若是关闭了EIST, 可用tool监测到CPU的频率会固定在标准频率,相反打开则频率会根据工作任务动态的调整频率。

1.2.I ntel Tubor boost智能加速技术又称睿频加速技术,Turbo Boost为新一代能效管理方案,与EIST的降低主频以达到控制能耗的想法不同,Turbo Boost的主旨在于——在不超过总TDP (Thermal Design Power) 的前提下,尽量挖掘CPU的性能潜力。

它基于Nehalem架构的电源管理技术,通过分析当前CPU的负载情况,智能地完全关闭一些用不上的核心,把能源留给使用中的核心,并使它们运行在更高的频率,进一步提升性能;相反,需要多个核心时,动态开启相应的核心,智能调整频率。

这样,在不影响CPU的TDP(热功耗设计)情况,能把核心工作频率调得更高。

测试过程中开启Turbo Boost后,CPU负载任务变化的时候,会动态调整CPU 频率,到底能频率提升到多少算是正常的?可以查阅CPU出品商的官方spec。

1.3.I ntel VTIntel VT (Virtualization Technology)允许一个平台同时运行多个操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响虚拟化技术是一种硬件方案,支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程,通过这些指令集,VMM会很容易提高性能。

虚拟化技术可提供基于芯片的功能,借助兼容VMM软件能够改进纯软件解决方案。

在纯软件VMM中,目前缺少对64位客户操作系统的支持,而CPU的虚拟化技术除支持广泛的传统操作系统之外,还支持64位客户操作系统AMD 同类功能技术AMD-V在测试过程中开启VT技术就可以使用虚拟机,相反关闭则不能使用虚拟机(针对64位OS),所以在测试CPU虚拟技术时安装的虚拟系统必须是64位OS。

若安装32位OS,那么关闭与打开VT都是可以使用虚拟OS的。

1.4.V T-d (Intel Virtualization Technology for DirectedI/O)I/O虚拟分配技术,现在的I/O设备虚拟化主要是用模拟方式,因此性能上很容易成为瓶颈,此项技术将I/O虚拟化分配I/O组件,传送给中断与配置I/O 内部记忆体单元的方式给虚拟机器,以防止虚拟机器使用DMA来终止与真实硬体的隔离。

要使用VT-D,必須要下面几项:1、CPU2、chipset3、主板4、OS (VM)在VM中指定设备在VM中要指定VT-d设备。

只要在VM中新增PCI Device,在设定时,系统会要求指定要使用的PCI设备,在设备前打勾。

当新增完成后,在VM中会要求安装这个设备的原生驱动程序,安装好之后就可以使用了。

1.5.I ntel HT超线程(Hyper threading Technology)超线程技术就是利用特殊的硬件指令,把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片,让单个处理器都能使用线程级并行计算,进而兼容多线程操作系统和软件,减少了CPU的闲置时间,提高的CPU的运行效率。

从实质上说,超线程是一种可以将CPU内部暂时闲置处理资源充分“调动”起来的技术。

I3-2100 HT enabled:I3-2100 HT disabled:1.6.I ntel TXTIntel® Trusted Execution Technology (Intel® TXT)能确保虚拟机器监控程序(virtual machine monitor)具备更强的抗攻击能力,可发现目前传统软体资讯安全解决方案无法侦测的攻击。

透过这种硬体防护隔离指定的内存,系统能保护各分隔虚拟环境下的资料,避免其他分隔环境内的软体进行未经授权的存取。

对考虑采用新虚拟化电脑用途的资讯管理经理人而言,这是相当重要的功能。

1.7.D EPData Execution Prevention,是一组在内存上执行额外检查的硬体和软体技术,有助于防止恶意程序码在系统上执行。

开启该功能后,可以防止病毒、蠕虫、木马等程序利用溢出、无限扩大等手法去破坏系统内存并取得系统的控制权。

其工作原理是:处理器在内存中划分出几块区域,部分区域可执行应用程序代码,而另一些区域则不允许。

计算机程序会留出计算机的一部分内存用于数据,留出另一部分内存用于程序使用的指令。

黑客可以试图运行放在计算机内存中伪装成指令的有害数据。

这可能会使黑客获取到计算机的控制权。

DEP 可以通过监视程序以确保它们安全使用计算机内存,如果DEP注意到某个程序正试图从用于数据的内存部分运行指令,则EDP会关闭该程序并发出通知信号。

Data Execution Prevention – Microsoft WindowsTo help protect your computer, Windows has closed this program.Name: program namePublisher: program publisherData Execution Prevention helps protect against damage from viruses or other threats. Some programs might not run correctly when it is turned on. For an updated version of this program, contact the publisher. What else should I do?BIOS中名称是Excute Disable Bit, 需要硬件CPU支持,bios中enable,且OS 也支持,此防护才有效。

AMD的防病毒技术是EVP(Enhanced Virus Protection),原理同Intel EDB1.8.A MD CoolCore™通过关闭处理器不用的部分,降低处理器能耗。

比如,在从内存读取数据时,内存控制器可关闭写逻辑,有助于降低系统能耗。

无需驱动程序或BIOS的开启即可自动工作。

可在单时钟周期内开启或关闭电源,既不损害性能,又可节能。

优势:通过动态地激活或关闭处理器的某些部分,帮助用户提高性能效率1.9.A MD Cool’n’Quiet (CnQ)Cool’n’Quiet (CnQ)技术,根据处理器所执行的运算工作来改变自己的频率和工作电压,使得处理器的发热量和功率都大为降低,并搭配主板上的测温器件,达到自动调速散热器达到静音工作的效果。

在部分情况下Cool'n'Quiet还可以减慢风扇转速,籍此降低噪音。

2CPU主要指令集2.1MMXMMX是由英特尔开发的一种SIMD多媒体指令集,共有57条指令。

它最早集成在英特尔奔腾(Pentium)MMX处理器上,以提高其多媒体数据的处理能力。

其优点是增加了处理器关于多媒体方面的处理能力,缺点是占用浮点数寄存器进行运算(64位MMX寄存器实际上就是浮点数寄存器的别名)以至于MMX指令和浮点数操作不能同时工作。

为了减少在MMX和浮点数模式切换之间所消耗的时间,程序员们尽可能减少模式切换的次数,也就是说,这两种操作在应用上是互斥的。

后来英特尔在此基础上发展出SSE指令集;AMD在此基础上发展出3D Now!指令集。

现在新开发的程序不再仅使用MMX来优化软件运行性能,而是改使用如SSE、3DNOW!等更容易优化性能的新一代多媒体指令集,不过目前的处理器仍可以运行针对MMX优化的较早期软件。

2.23Dnow (AMD)是由AMD开发的一套SIMD单指令多数据结构(Single Instruction Multiple Data)多媒体指令集,支持单精度浮点数的矢量运算,用于增强x86架构的计算机在三维图像处理上的性能。

MMX只支持整数运算,浮点数运算仍然要使用传统的x87协处理器指令。

由于MMX与x87的寄存器相互重叠,在MMX代码中插入x87指令时必须先执行EMMS指令清除MMX状态,频繁地切换状态将严重影响性能。

另一方面,由于x87古怪的堆栈式暂存器结构,使得硬件上将其流水线化和软件上合理调度指令都很困难,这成为提高x86架构浮点性能的一个瓶颈。

为了解决以上这两个问题,AMD公司于1998年推出了包含21条指令的3DNow!指令集,并在其K6-2处理器中实现。

K6-2是第一个能执行浮点SIMD指令的x86处理器,也是第一个支持水平浮点寄存器模型的x86处理器。

借助3DNow!,K6-2实现了x86处理器上最快的浮点单元,在每个时钟周期内最多可得到4个单精度浮点数结果,是传统x87协处理器的4倍。

3DNow! 和扩展3DNow!的26条指令从功能上分为5类单精度浮点运算指令增强的MMX指令数据类型转换指令数据预取指令快速退出MMX状态指令2.3SSESSE(Streaming SIMD Extensions)是继MMX的扩充指令集。

SSE 指令集提供了70 条新指令。

为了对抗3DNow!,Intel公司于1999年推出了SSE指令集。

SSE几乎能提供3DNow!的所有功能,而且能在一条指令中处理两倍多的单精度浮点数;同时,SSE完全支持IEEE 754,在处理单精度浮点数时可以完全代替x87。

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