PowrPC在1993年发布后，基本上就没有面向桌面和服务器市场的新型指令系统出现了。各大处理器厂商开始在三个方面展开竞争，提高处理器的性能，主要是多发射推测式乱序执行机制（指令级并行ILP）、Cache层次结构（存储级并行MLP）和SIMD扩展指令（数据并行）。前两个属于处理器微体系结构的范畴，可参考John P. Shen和M. Lapasti的《Modern Processor Design: Fundamentals of Superscalar Processor》一书。

2003年CAQA第3版仍然将指令系统原理这部分放在了正文的第二章，第4版之后所有指令系统的内容都放在附录中了。CAQA第3版还有一个比较大的变化，就是增加了DSP/Media处理器指令的介绍，在第二章专门介绍了Trimedia TM32这个多媒体处理器，而在第4版之后这部分又消失了。另外在附录的RISC综述中增加了各大指令系统SIMD扩展指令的内容，如下图所示。

我们看到5大RISC指令系统都增加了SIMD指令扩展，最早的是1995年PA-RISC MAX2，最晚的是2000年PowerPC AltiVec。这类指令的特点是数据并行，32位字可以包含4个1字节数据和2个半字数据，在一个操作码的命令下并行运算，产生多个结果放入一个32位字中。如果是64位指令系统，可以放更多的字节数据和半字数据。这样做的背景是，在数字信号处理、图形计算和多媒体应用中，数据往往是比较短的1字节或2字节类型，而相邻数据的计算往往相同。这样做的好处是提高性能，一条指令做以往多个指令的事情，还可以提高访存带宽。

最早出现的文章是之前提过的HP的Ruby Lee，在1995年IEEE Micro杂志上发表的论文【1】。之后Sparc、Intel和PowerPC也分别提出了自己的SIMD扩展指令【2】。从上表中我们还能看出，又是Alpha的指令扩展最简单，“频率至上”的大旗抗上就不放下了。Intel也对MMX非常重视，分别在IEEE Micro和ACM通讯上发表两篇文章介绍MMX扩展指令，而且MMX也大受欢迎，取得了商业上巨大的成功和社会影响力。【3】【4】Intel在后继相继推出SSE系列和AVX指令系统扩展。

数据并行的好处一幕了然，2000年代后期兴起的GPGPU（向量计算）和2010年中期兴起的TPU（张量/矩阵计算）等等都是数据并行的进一步发展。

SIMD扩展指令的另一个好处是代码密度大，之前需要多次循环的功能，现在一条指令就实现了，静态和动态指令数目等大大降低。SIMD扩展指令可谓有百利而无一害，可能编译稍微难做一些，但问题不大，大不了手写汇编加速函数库。

SIMD扩展指令一条指令进行多个数据计算，包括CICS指令也是一条指令多个操作。那么前面讲过的CPU性能公式就不太适合比较不同指令系统处理器的性能了，IPC或CPI中I指的是简单RISC单周期指令。有学者撰文解决了这个问题【5】。对于相同算法和相同高级语言写出的程序，不同指令系统的指令（4字节）条数不一样，但总体上所需要做的基本操作数量几乎是恒定的，因此CPU性能公式可以写成

Perf. = 1/Time = f / (#instr X OPI X CPO）= f X OPC / ( #instr X OPI）

这里OPI是每条指令字（4字节）包含的基本运算操作，是指令系统本身特有特性。

OPC和CPO指得处理器每周期完成的基本操作数，是微结构所带来的性能。

Intel这种CISC处理器就前端将复杂指令翻译成简单RISC微操作然后再用RISC超标量执行的。用这个公式我们就可以比较不同指令系统处理器之间的性能了。可以看出在微操作发射宽度和流水线深度和频率相似的情况下，往往复杂指令代码密度大，取指带宽利用率高，会获得更好的性能，当前仅存的x86/arm/power都有类似的特性，每指令字的平均基本操作数目多。

【1】Lee, R. B. 1995. "Accelerating multimedia with enhanced microprocessors." IEEE Micro 15(2): 22-32.

【2】Diefendorff, K., et al. 2000. "AltiVec extension to PowerPC accelerates media processing." IEEE Micro 20(2): 85-95.

【3】Peleg, A. and U. Weiser. 1996. "MMX technology extension to the Intel architecture." IEEE Micro 16(4): 42-50.

【4】Peleg, A., et al. 1997. "Intel MMX for multimedia PCs." Commun. ACM 40(1): 24-38.

【5】Sima, D. 2004. "Decisive aspects in the evolution of microprocessors." Proceedings of the IEEE 92(12): 1896-1926.