首先; “每个 CPU 指令可以操作 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、shrd)和整个扩展(MMX、SSE、AVX),其中一条指令可以操作超过 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“完成固定量工作的时间量”。这可以分为 2 个值 - 您需要多少条指令来完成大量工作,以及在固定的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,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,“完成一项工作需要多少条指令”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,“完成一项工作需要多少条指令”是 16 条指令。在相同的“每秒指令数”下,16 位 CPU 的速度将是 32 位 CPU 的一半。
使用 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 - 不同之处在于编译器生成的内容。
请注意,我在这里展示的内容(128 位整数加法)是一个“快乐的案例”——我之所以选择这个是因为它很容易展示更大的寄存器如何减少/改善“你需要多少指令来执行一个工作量”,从而提高性能(以相同的“每秒指令数”)。对于不同的工作,您可能不会得到相同的改进。例如,对于使用 8 位整数的函数(例如 char),“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)。