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天衣有縫

冠蓋滿京華,斯人獨憔悴~
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fpu, mmx及sse的一些 介紹(原創)

Posted on 2007-04-18 15:57 天衣有縫 閱讀(4696) 評論(2)  編輯 收藏 引用 所屬分類: program
為什么要需要FPU和MMX/SSE?
提供了SIMD環境(single instruction multi data),即單指令多數據。
內嵌浮點運算單元,64及128位寄存器等。甚至sin/cos等數學函數也囊括其中,
著名的xvid項目就是使用gcc編譯后使用MMX/SSE優化匯編的典型案例。

轉載請注明原創:http://m.shnenglu.com/jinglexy
msn and mail: jinglexy at yahoo dot com dot cn 上海體育館2007.4.18

FPU: 8個80位浮點寄存器(數據),16位狀態寄存器,16位控制寄存器,16為標識寄存器。
     使用FPU指令對這些寄存器進行操作,這些寄存器構成一個循環棧,st7棧底,st0棧頂,
     當一個值被壓入時,被存入st0,原來st0中的值被存入st7
MMX: 將8個FPU寄存器重命名為8個64位MMX寄存器,即mm0到mm7。
     57條MMX指令,加快了整形浮點運算,但是對于復雜浮點運算無幫助

SSE: 8個128位寄存器(從xmm0到xmm7),MXSCR寄存器,EFLAGS寄存器,專有指令(復雜浮點運算)
SSE2: 寄存器和SSE相同,增加了5種數據類型(都是128位),專有指令
SSE3: 僅增加了幾個新的指令

由于MMX使用的寄存器影射到FPU寄存器上,所以MMX指令執行前,需要保存FPU堆棧。

示例1,FPU寄存器及指令使用(下面所有程序都使用at&t風格匯編):
data1:
        .byte 0x34, 0x12, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
data2:
        .byte 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
.section .text
.globl _start
_start:
        nop
        fbld  data1     壓入st0
        fimul data2     st0中的值和data2相乘,保存在st0中
        fbstp data1     st0彈出到內存44


示例2, SSE寄存器及指令使用
.lcomm data 16
value1:
        .float 12.34, 2345.543, -3493.2, 0.44901
value2:
        .float -54439.234, 23231.4, 1.0098, 0.000003
.section .text
.globl _start
_start:
        movups value1, %xmm0
        movups value2, %xmm1
        movups %xmm0, %xmm2
        movups %xmm0, data


Feedback

# re: fpu, mmx及sse的一些 介紹(原創)  回復  更多評論   

2008-02-19 14:47 by 海楓
你好,我最近也在看FPU的資料(Intel CPU的官方文檔)

想向你請教一下:
FPU,SEE和MMX是不是有重疊的部分呢?

在Intel CPU下的GCC對于浮點計算部分代碼是不是轉換上只用FPU的指令呢?
下面是我在Linux下跑的一個例子,前一部分代碼是C源代碼,后一部分代碼是GCC處理后的相應匯編代碼,我發現里面只有涉及FPU的東西,而沒有MMX和SEE。

ylin@ylin:~/program/c$ cat double.c

double sum(double s1, double s2)
{
int i = 1;
double c = 3.0;
c += s1;
c += s2;
c += i;

return c;
}


void test()
{
sum(1.0, 2.0);
}
ylin@ylin:~/program/c$ cat double.s
.file "double.c"
.section .rodata
.align 8
.LC0:
.long 0
.long 1074266112
.text
.globl sum
.type sum, @function
sum:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $32, %esp
movl 8(%ebp), %eax
movl %eax, -24(%ebp)
movl 12(%ebp), %eax
movl %eax, -20(%ebp)
movl 16(%ebp), %eax
movl %eax, -32(%ebp)
movl 20(%ebp), %eax
movl %eax, -28(%ebp)
movl $1, -4(%ebp)
fldl .LC0
fstpl -16(%ebp)
fldl -16(%ebp)
faddl -24(%ebp)
fstpl -16(%ebp)
fldl -16(%ebp)
faddl -32(%ebp)
fstpl -16(%ebp)
fildl -4(%ebp)
fldl -16(%ebp)
faddp %st, %st(1)
fstpl -16(%ebp)
fldl -16(%ebp)
leave
ret
.size sum, .-sum
.section .rodata
.align 8
.LC2:
.long 0
.long 1073741824
.text
.globl test
.type test, @function
test:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $16, %esp
fldl .LC2
fstpl 8(%esp)
fld1
fstpl (%esp)
call sum
fstp %st(0)
leave
ret
.size test, .-test
.ident "GCC: (GNU) 4.1.2 (Ubuntu 4.1.2-0ubuntu4)"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits

# re: fpu, mmx及sse的一些 介紹(原創)[未登錄]  回復  更多評論   

2008-03-19 10:44 by 補考少年
[b]原始短消息:[/b] [url=http://bbs.chinaunix.net/pm.php?action=view&folder=inbox&pmid=757158]你好![/url]
[quote]我在你的博客中有留言?。?br>想問你個問題!
期待你的回復!![/quote]


很抱歉,才看到你的短信
FPU,SEE和MMX是不是有重疊的部分呢?
你是說寄存器重疊嗎?fpu和mmx使用相同的寄存器,名字不同,使用任意一個之前最好保存相關上下文寄存器。
sse和sse2只有比較新的cpu(pII以上)才支持,為了保證兼容性,默認編譯器不會使用它。
gcc幫助中有:
i386 and x86-64 Options -mtune=cpu-type -march=cpu-type -mfp-
math=unit -masm=dialect -mno-fancy-math-387 -mno-fp-ret-in-387
-msoft-float -msvr3-shlib -mno-wide-multiply -mrtd -malign-dou-
ble -mpreferred-stack-boundary=num -mmmx -msse -msse2 -msse3
-m3dnow -mthreads -mno-align-stringops -minline-all-stringops
-mpush-args -maccumulate-outgoing-args -m128bit-long-double
-m96bit-long-double -mregparm=num -momit-leaf-frame-pointer
-mno-red-zone -mno-tls-direct-seg-refs -mcmodel=code-model -m32
-m64
就像沒有fpu的時候使用libc中軟浮點一樣,默認gcc對一些復雜算法使用fpu指令和軟件算法來解決
可以比較一下:
gcc -c double.c -o double -msse2
objdump -d double
gcc -c double.c -o double -m3dnow
objdump -d double
對優化的一些猜測:針對各個平臺編譯一套dll或.so(不同的編譯優化選項),然后啟動時判斷平臺,加載不同的dll

具體的我也沒深入研究過,都是一知半解,希望對你有幫助
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