处理器 增强指令集

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了处理器 增强指令集相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

浮点运算器(FPU)指令集

在原始的CPU指令集中并没有专门ALU用于浮点数的运算,只能用整数运算器去模拟浮点计算,效率极低。因此随着科技的发展推出了x87指令集用于浮点计算(遵守IEE754)。

x87指令集是x86的子集具体指令参阅 Floating-Point Unit (FPU) instructions set

为了支持浮点计算推出了st(0)-st(7) 八个寄存器,存储格式为IEE754。但是他们访问存储是通过类似循环栈结构方式。

本文将采用内联汇编的方式编写浮点指令

fld

我们看一个例子去理解循环栈结构

fld: 用于加载一个数据到st(i)中,i数值取决于当前栈位置,当st存储完8个位置后会重新从st0覆盖

int main()


	float f1 = 1.1f;

	float f2 = 2.2f;
	float f3 = 3.3f;
	float f4 = 4.4f;
	float f5 = 5.5f;
	float f6 = 6.6f;
	float f7 = 7.7f;
	float f8 = 8.8f;
	float f9 = 9.9f;

	float ret = 0;
	__asm 
		fld f1
		fld f2
		fld f3
		fld f4
		fld f5
		fld f6
		fld f7
		fld f8
		fld f9
	



	return 0;




FST

存储一个浮点数到内存,但是不弹出st(0)

FSTP

存储一个浮点数到内存,弹出st(0)

常见逻辑运算

FADD
执行加法,但是不弹出st

参数其中一个操作数一定是st(0),另一个数可为32位内存数或者其他st.



FADDP
和fadd差不多,只不过会弹出st

比较逻辑运算符

再浮点寄存器中有一个16位的状态寄存器如下图所示

其中 第14, 10, 8用于做比较使用的状态标志位如下图所示


fcom
比较浮点数,但是只影响浮点标志寄存器不影响EFLAGS所以类似JE等指令无法使用
fcom 会影响 浮点状态寄存器 c0 c2 c3

fcomi

fcom类似,但是会影响EFLAGS

一个DEMO

#include<stdio.h>

int main()

	float f1 = 1.1f;
	float f2 = 2.2f;
	float f3 = 3.3f;
	float f4 = 4.4f;
	float f5 = 5.5f;
	float f6 = 6.6f;
	float f7 = 7.7f;
	float f8 = 8.8f;
	float f9 = 9.9f;
	float retx = 0;
	__asm 
		fld f1
		fld f1
		//比较st0 和st1,影响EFLAG标志
		fcomi st(0),st(1)
		//因为相等 所以跳转到jmpflag
		je jmpflag

		fld f8
		fld f8
		fld f8
		fld f8
		fld f8
	
		jmpflag:
		//存储
		fld f9
		fld f9
		fld f9
		fld f9
		fld f9
	
	return 0;

SIMD

单指令多数据 (single instruction ,multiple data) 是一组高效的指令集,可以在一个时间点计算多组数据,这对于矩阵和向量计算极为有用。

举个例子:

上面是一个再简单不过的矩阵计算。在正常情况也许我们取出每个矩阵行列相乘放入结果中。在原始指令集中也许我们一个个取出数据计算,但是如果我们有一个指令允许我们瞬间完成多个数据计算求和。这对于性能提升极大尤其在图像加解密方面。

MMX

mmx是第一个广泛部署在桌面的SIMD指令集(参考维基百科)
mmx缩写并没有官方释义但有以下参考:
MultiMedia eXtension 多媒体扩展
Multiple Math eXtension 多重数学扩展
Matrix Math eXtension 矩阵数学扩展

MMX 额外定义了8个寄存器mm0-mm7,但本质是公用了st0-st7,但是只能用于整数不能用于浮点。


我们看一个真正SIMD指令例子:

我们可以看到我们只运行了paddd指令即可完成两个int的计算求和。

SSE

由于MMX不支持浮点计算AMD推出了3D Now!.
3D Now! 发布一年后,IntelMMX基础上发展出SSE(Streaming SIMD Extensions) 指令集,用来取代MMX

SSE推出新8个寄存器XMM0~XMM7每个寄存器大小为128


常用命令

  1. movss 传入单精度到xmm寄存器
  2. movsd 传入双精度到xmm寄存器
  3. movaps 传入地址对齐的单精度到xmm寄存器(地址必须模16)
  4. movups 传入地址未对齐的单精度到xmm寄存器
  5. movapd 传入对齐的双精度到xmm寄存器(地址必须模16)
  6. movupd 传入未对齐的双精度到xmm寄存器
  7. addss 单精度加法
  8. addsd 双精度加法
  9. addps 打包加法单精度


AVX

SSE5第五代由AMD提出,但由于市场竞争Intel直接宣布跳过SSE5推出AVX
AVX全称 Advanced vector extensions(高级矢量扩展)

AVX 新增了8寄存器 YMM0-YMM7 为256位。其中需要注意XMM0和YMM0是共用寄存器的。另外提供三操作数。
SSE迁移到AVX比较简单只需要在原始指令集前加V即可

一个DEMO:

其他

你可以通过cpu-z查看CPU支持的SIMD指令

在VC中可以选择是否开启对应的指令集

如果你不想使用汇编也想使用SIMD指令,在windows可以使用immintrin.h对应的下函数。

#include<stdio.h>
#include<immintrin.h>
int main()

	__m64 d;
	__m64 d2;
	d.m64_i32[0] = 1;
	d.m64_i32[1] = 1;
	d2.m64_i32[0] = 2;
	d2.m64_i32[1] = 2;

	__m64 ret = _m_paddd(d, d2);


	return 0;



参考

  1. wiki浮点运算器

  2. wiki x87

以上是关于处理器 增强指令集的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

处理器 增强指令集

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如何将 Visual Studio 宏值放入预处理器指令中?

如何在 robots.txt Disallow 指令中转义 $?

数字图像处理,经典对比度增强算法

streamsets 3.5 的一些新功能