为什么在x86操作系统上运行16位程序会变慢？

Question

我正在研究一些关于程序集和我正在阅读的材料，作者说在x86操作系统上编译为16位的程序旋转速度更慢，对于x64也是如此，对于x64，32位编译程序运行速度较慢...

这是为什么发生？ 在计算机内存和处理器中会发生什么情况，以便程序的16位或32位机器分别以32位和64位的速度缓慢旋转？

Answer 1

关于16在32位系统上运行较慢位程序，我可以告诉你这一点。 当Intel从16位变为32位时，他们不得不扩展指令集来处理新的32位寄存器，但保持与16位程序的二进制兼容性。

为了实现这个目标，如果我记得很清楚，他们添加了一个前缀66h，当应用于任何使用16位寄存器的指令时，使该指令使用32位寄存器。

例如，一个16位指令，如MOV AX，BX，以66H前缀，变成MOV EAX，EBX

但是，这则规定的罚款对新的32个指令，因为它们需要在至少需要一个额外的内存读取周期才能执行。然后英特尔创建了所谓的32位段和16位段。

基本上，任何一段代码都必须驻留在代码段中。在80386之前，所有段都使用16位指令，所有指令都假定使用16位寄存器。

Intel的32段也包含代码，但是这次每条指令都假定使用32位寄存器，所以在32位段中，MOV EAX，EBX的操作码与MOV AX的操作码相同，BX在16位段。

这允许程序不必为每个32位指令使用66h前缀。没有惩罚了。

但是...如果我必须在一个32位段的程序中使用16位寄存器，该怎么办？这些使用16位寄存器的指令必须使用前缀66h。

因此：使用16位寄存器的指令在16位段中前缀不固定，并且在32位半角前缀。使用32位寄存器的指令在32位段中前缀固定，并在16位段中前缀。另外：从奔腾处理器开始，我们有两条并行执行指令的管道。对于要使用的这些管道，进入它们的指令必须属于Intel命名为“RISC核心”的内容：指令的子集不再作为CPU内部的微程序执行，而是使用有线逻辑。你猜怎么了？前缀指令和使用16位寄存器在16位段中执行的代码不属于该组，因此不能与另一个并行执行。当前缀指令设法输入其中一条管道时，另一条流水线被阻塞，从而影响CPU的性能。

Answer 2

我不知道你所说的旋转的意思，但一般来说有可能是这里的几个因素（装配作业？） -

1. CPU企业没有真正去支持的努力旧的遗留模式和ISA子集。 x87就是一个很好的例子，任何并不真正需要这种精确度的水平都会使用SSE/AVX进行性能关键任务，而不仅仅是因为矢量化。

2. 每当x86 CPU公司增加它们的寄存器大小时，它们都保留旧的寄存器组，并为较长的版本添加逻辑名称。对兼容性的需求要求旧操作仍然可以在同一个寄存器上工作，因此现在可以在同一个程序中写入ah/al，ax，eax和rax。在这些情况中的一些情况下（即8位/ 16位部分），这种兼容性要求您的CPU在写入较低部分时保持寄存器的上半部分完好无损，这样做会隐式引入合并操作，这可能会导致减速。更糟糕的是，您可能会引入错误的依赖关系，因为每次写入16位寄存器都会要求您在上一部分操作的上半部分进行合并。

也在这里看到的 - Why do most x64 instructions zero the upper part of a 32 bit register

Answer 3

关于“程序旋转速度更慢”...呃...程序不“旋转”，而是“执行”。如果你正在谈论位旋转指令......那么。恰巧8086有两个版本的位循环指令：一个使用指定要旋转的位数的inmediate参数，另一个使用寄存器（通常是CX/ECX）来指定它。

问题是8086处理器不允许任何其他值为1的inmediate参数（但CX/ECX中的值可能大于1）。 80386及更高版本的处理器允许使用任何其他值作为中间操作数。此外，32位处理器仅使用指定旋转量的操作数的低5位，所以操作不超过31（将32位reigster旋转超过31次毫无意义）。 8086处理器不会强加此限制，因此需要花费更多时间进行操作。

我真的不知道这是不是你的书的意思是“旋转得更慢”。我记得旋转操作只能在其中一个管道中执行，而不能同时在两个管道中执行，因此两个连续的旋转指令不能配对。