原子操作是不可分割的操作，在執行完畢時它不會被任何事件中斷。在單處理器系統(UniProcessor，簡稱 UP)中，能夠在單條指令中完成的操作都可以認為是原子操作，因為中斷只能發生在指令與指令之間。


在多處理器系統(Symmetric Multi-Processor，簡稱 SMP)中情況有所不同，由於系統中有多個處理器在獨立的執行，即使在能單條指令中完成的操作也可能受到干擾。


在所有的 X86 CPU 上都具有鎖定一個特定記憶體地址的能力，當這個特定記憶體地址被鎖定後，它就可以阻止其他的系統匯流排讀取或修改這個記憶體地址。這種能力是通過 LOCK 指令字首再加上下面的彙編指令來實現的。當使用 LOCK 指令字首時，它會使 CPU 宣告一個 LOCK# 訊號，這樣就能確保在多處理器系統或多執行緒競爭的環境下互斥地使用這個記憶體地址。當指令執行完畢，這個鎖定動作也就會消失。

能夠和 LOCK 指令字首一起使用的指令如下所示：

BT, BTS, BTR, BTC   (mem, reg/imm)
XCHG, XADD  (reg, mem / mem, reg)
ADD, OR, ADC, SBB   (mem, reg/imm)
AND, SUB, XOR   (mem, reg/imm)
NOT, NEG, INC, DEC  (mem)

注意：XCHG 和 XADD (以及所有以 'X' 開頭的指令)都能夠保證在多處理器系統下的原子操作，它們總會宣告一個 "LOCK#" 訊號，而不管有沒有 LOCK 字首。


使用原子操作的一個簡單示例如：

void __fastcall atomic_inc (volatile int* pNum)
{
    __asm
    {
        lock inc dword ptr [ECX]
        ret
    }
}

上面, __fastcall 關鍵字確保引數是通過暫存器來傳遞的，這樣就能夠提升原子指令的效能。

另外，在 linux 核心中有一套原子操作函式，比如其中之一：

static __inline__ void atomic_add(int i, atomic_t *v)
{
    __asm__ __volatile__(
        LOCK_PREFIX "addl %1,%0"
        :"+m" (v->counter)
        :"ir" (i));
}

上面，LOCK_PREFIX 巨集定義了 LOCK 指令字首，如：

#ifdef CONFIG_SMP
#define LOCK_PREFIX \
        ".section .smp_locks,\"a\"\n"    \
        "  .align

4\n"            \
"  .long 661f\n" /* address */    \
".previous\n"            \
"661:\n\tlock; "

#else /* ! CONFIG_SMP */
#define LOCK_PREFIX ""
#endif

由上可見，在單處理器系統下，LOCK_PREFIX 巨集為空，因為此時並不需要 LOCK 指令字首，處理器只要有可能，原子操作就會被編譯成單個機器指令。


在一些處理器，包括 P6 家族，奔騰4(Pentium4)系列，至強(Xeon)處理器，lock 操作可能不會宣告一個 LOCK# 訊號。從 P6 家族處理器開始，當使用 LOCK 指令訪問的記憶體已經被處理器載入到快取中時，LOCK# 訊號通常不會被宣告。取而代之的是，僅是鎖定了處理器的快取。這裡，處理器快取的相干性(coherency)機制確保了可以原子性的對記憶體進行操作。