1、匯編指令集

目前大部分的PC機采用的都是Intel或者AMD的CPU，其支持的多媒體匯編指令有：

MMX：多媒體擴展指令（MultiMedia eXtention），該指令由Intel在1996年為Pentium處理器開發(fā)，包括了57條多媒體指令，可以i一次處理多個數(shù)據(jù)。但是MMX指令不能與X86浮點運算指令同時執(zhí)行，在某些場合使用受到一定限制。

SSE：SIMD擴展指令集（Streaming SIMD Extension）,也稱作單指令多數(shù)據(jù)流擴展。其中的SIMD的含義為Single Instruction Multiple Data（單指令多數(shù)據(jù)）。該指令集有Intel為Pentium III研發(fā)，是為了提高處理浮點運算性能而開發(fā)的指令集，有70條指令，包括50條SIMD浮點運算指令用于提升3D圖形運算效率、12條MMX整數(shù)運算增強指令和8條優(yōu)化內存中連續(xù)數(shù)據(jù)塊傳輸指令。這些指令有利于優(yōu)化圖像處理、浮點運算、3D運算和多媒體處理等運算的性能。

3DNow!：3DNow!指令集由AMD開發(fā)，有21條擴展指令。3DNow!指令集主要針對三維建模、坐標變換和效果渲染等3D數(shù)據(jù)處理。

SSE2：SSE2指令集是比SSE更加先進的指令集，共包含144條指令，由兩個部分組成：SSE主要負責處理浮點數(shù)，MMX主要負責處理整數(shù)計算。SSE2的寄存器容量是MMX的兩倍，寄存器存儲的數(shù)據(jù)也是MMX的兩倍。SSE2可以向下兼容MMX，經(jīng)由MMX進行優(yōu)化的程序可以繼續(xù)由SSE2進行進一步的優(yōu)化。

SSE3：SSE3是在SSE2的基礎上開發(fā)的，相比SSE2增加了13個SIMD指令，主要目的在于改進線進程同步和媒體、游戲等特殊應用程序領域。其中定義了超線程性能增強作為其中的一部分，可以提升處理器的超線程處理能力，使得處理器更快地進行并行數(shù)據(jù)處理。

SSE4：SSE4是Intel自SSE2以來最大的改進，包括了從多媒體應用到高性能計算領域的應用，以及使用一些專用電路進行特定應用的加速。SSE4增加了47條指令，改進了整數(shù)型和浮點型計算、支持DWORD和QWORD操作、新的單精度FP操作、快速寄存器操作和面向寄存器的內存操作等。

2、MMX/SSE2指令集剖析

2.1、媒體擴展指令MMX

Intel的MMX指令是Intel IA系列指令的擴展，使用了單指令多數(shù)據(jù)技術（SIMD），以并行方式處理多個數(shù)據(jù)元素。MMX擴展指令集新增了57條指令和一種64位的4字數(shù)據(jù)，作為成組的數(shù)據(jù)可供MMX指令操作。一個64位數(shù)據(jù)類型可以包含8個字節(jié)、4個字、兩個雙字或者一個4重字類型，這樣一條MMX指令即可以同時處理2/4/8個數(shù)據(jù)單元。為了適應這樣的數(shù)據(jù)，MMX增加了8個64位寄存器（MM0~MM7），僅有MMX指令可以按寄存器名稱直接訪問。

MMX針對8~32位數(shù)據(jù)元素的處理性能進行了改善，一個MMX指令可以處理8個字節(jié)，一個時鐘周期內完成兩條指令，即一個時鐘周期可以處理16個字節(jié)。此外，MMX技術為其他功能釋放了額外的處理器周期，更小的處理器占用率可以實現(xiàn)更高程度的并發(fā)。

一、MMX指令集簡介：

MMX指令集從功能上可以分為8類：數(shù)據(jù)傳送指令、算術運算指令、比較運算指令、類型轉換指令、擴展壓縮數(shù)據(jù)指令、邏輯運算指令、移位運算指令、狀態(tài)清除指令。指令列表如下：

在以上指令中，除了EMMS指令外，都涉及兩個操作數(shù)，即源操作數(shù)和目標操作數(shù)，指令中源操作數(shù)在右，目標操作數(shù)在左。目標操作數(shù)可作為第二個源操作數(shù)進行操作，指令結束后被運算結果所覆蓋

1)、數(shù)據(jù)轉移指令：

數(shù)據(jù)轉移指令實現(xiàn)MMX寄存器同內存單元之間，以及MMX寄存器同通用寄存器之間的雙向數(shù)據(jù)傳遞功能。

MOVD：轉移32位（4字節(jié)）數(shù)據(jù)；MOVQ：轉移64位（8字節(jié)）數(shù)據(jù)。

2)、算數(shù)運算指令：

算數(shù)運算指令對打包的數(shù)據(jù)類型實現(xiàn)加法、減法、乘法和乘加操作。

在介紹算術運算指令前，先簡要介紹一下所謂的“環(huán)繞模式”和“飽和模式”。所謂環(huán)繞模式，就是當一個數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)達到最大值（比如一個字節(jié)的值為255）時，如果繼續(xù)對其加1，那么該字節(jié)的數(shù)據(jù)將變?yōu)?，進位將被忽略。飽和模式則對數(shù)據(jù)的溢出進行了限制，根據(jù)有符號或者無符號類型，將運算后的結果限制在數(shù)據(jù)類型規(guī)定的范圍以內。

• PADDB/PADDW/PADDD和PSUBB/PSUBW/PSUBD指令分別在環(huán)繞模式下對源和目標操作數(shù)進行有符號或無符號的相加和相減操作。每一組的三個指令分別對應字節(jié)型、字形和雙字型數(shù)據(jù)。
• PADDSB/PADDSW和PSUBSB/PSUBSW指令分別在有符號飽和模式下進行相加和相減操作。兩個指令分別處理字節(jié)型和字型數(shù)據(jù)。
• PADDUSB/PADDUSW和PSUBUSB/PSUBUSW指令分別在無符號飽和模式下進行相加和相減操作。兩個指令分別處理字節(jié)型和字型數(shù)據(jù)。
• PMULHW和PMULLW指令執(zhí)行源和目標操作數(shù)的乘法操作，并分別將乘積的高字和低字保存到目標操作數(shù)中。
• PMADDWD指令計算源和目標操作數(shù)有符號部分的乘積，并將產(chǎn)生的4個32位雙字的中間結果成對相加，獲得兩個32位雙字。

PMADDWD的計算結果如圖示顯示：

3).比較指令：

PCMPEQB/PCMPEQW/PCMPEQD和PCMPGTB/PCMPGTW/PCMPGTD指令按照有符號類型數(shù)據(jù)比較源和目標操作數(shù)進行相等比較或大于比較。對于相等比較，如果一對數(shù)據(jù)元素相等，則目標操作數(shù)中的相應數(shù)據(jù)元素設置為全 1；否則設置為全 0。對于大于比較，如果目標操作數(shù)中的數(shù)據(jù)元素大于源操作數(shù)中相應的數(shù)據(jù)元素，則目標操作數(shù)中的相應數(shù)據(jù)元素設置為全 1；否則設置為全 0。

4).類型轉換指令：

PACKSSWB指令將有符號字轉換成為有符號的字節(jié)；PACKSSDW將有符號的雙字轉換成為有符號的字；轉換過程都按照有符號飽和模式進行。

PACKUSWB指令將有符號的字轉換為無符號的字節(jié)，轉換過程按照無符號飽和模式進行。

5).擴展壓縮數(shù)據(jù)指令：

PUNPCKHBW/PUNPCKHWD/PUNPCKHDQ指令和PUNPCKLBW/PUNPCKLWD/PUNPCKLDQ分別將源于目標操作數(shù)的高位數(shù)據(jù)和低位數(shù)據(jù)取出并交錯排入目標操作數(shù)中。PUNPCKHBW和PUNPCKLBW的示意圖如下：

PUNPCKHBW操作示意圖

PUNPCKLBW操作示意圖

6).邏輯運算指令：

PAND——邏輯按位與；PANDN——邏輯按位與非；POR——邏輯按位或；PXOR——邏輯按位或非；

7).位移指令：

位移指令有邏輯左移、邏輯右移和算數(shù)右移三種。

PSLLW/PSLLD/PSLLQ和PSRLW/PSRLD/PSRLQ實現(xiàn)邏輯左移和右移操作，并用0填充空出來的高位或低位。支持字型、雙字型和四字型數(shù)據(jù)；PSRAW/PSRAD實現(xiàn)算數(shù)右移操作，并將符號位拷貝到右移所空出的比特位上。

8).狀態(tài)清除指令：

EMMS指令用于將MMX狀態(tài)清空。該指令在一個MMX程序結束時執(zhí)行。

二、CPU寄存器

除了8個MMX寄存器之外，CPU還有自己的通用寄存器EAX/EBX/ECX/EDX。這四個通用寄存器都是32位寄存器，可以直接訪問，還可以按照16位和8位進行訪問。如EAX可以使用AX獲得低16位，AX可以使用AH和AL分別獲取高8位和低8位。其余的寄存器有ESI/EDI/ESP/EBP等。功能描述見下圖：

三、地址加載指令

1).LEA指令

LEA指令將源操作數(shù)的偏移地址傳遞給通用寄存器。如以下代碼：

LEA BX, [2400H]該指令將[2400H]的偏移地址2400傳送給BX，執(zhí)行后BX=2400H。

2).LDS指令

LDS指令將4字節(jié)源內存的數(shù)據(jù)按照段地址和偏移地址傳送給鏈各個寄存器，其中低地址的2字節(jié)作為偏移地址送給作為目標操作數(shù)的寄存器，高地址的2字節(jié)作為段地址送到DS寄存器。如以下代碼：

LDS DI, [2130H]該指令將低地址2130H、2131H的數(shù)據(jù)作為偏移地址送到DI中，2132H、2133H的數(shù)據(jù)作為段地址送到DS中。

2.2、MMX程序設計

使用MMX編程的方法主要有三種：

• 直接編寫匯編程序文件，命名為*.asm；
• 使用C++嵌入?yún)R編，在C++代碼中使用__asm{....}編寫匯編程序；
• 使用64位數(shù)據(jù)類型__m64和與MMX相關的C++函數(shù)實現(xiàn)。

2.3、SSE/SSE2媒體擴展指令集

SSE和SSE2是基于MMX的新的匯編指令集，將寄存器的大小從64位擴展到128位，且增加了新的媒體處理匯編指令。

一、SSE/SSE2數(shù)據(jù)結構

SSE技術支持打包的單精度浮點數(shù)操作(Packed Single-Precision Floating-point)，將4個獨立的32位單精度浮點數(shù)打包為一個128位數(shù)據(jù)。SSE提供了8個128位SIMD寄存器XMM0~XMM7，可以直接存取，但只能存放數(shù)據(jù)而不能用于尋址。此外SSE還提供了新的控制/狀態(tài)寄存器MXCSR。

SSE2指令包括原油的32位通用寄存器（EAX~EDX）、64位MMX寄存器（MM0~MM7）、128位XMM（XMM0~XMM7）和32位標識寄存器EFLAGS及浮點狀態(tài)/控制寄存器MCSR。此外還有兩種數(shù)據(jù)類型：128位的打包雙精度浮點數(shù)和4種128位SIMD整數(shù)。

• 128位打包雙精度浮點數(shù)：兩個64位雙精度浮點數(shù)打包成一個雙4字節(jié)數(shù)據(jù)；
• 128位打包整數(shù)：可以包含16個字節(jié)、8個字、4個雙字或2個四重字的整數(shù)；

二、SSE/SSE/2指令

SSE指令集包含70條指令，主要可以分為三組：

50條SIMD浮點運算指令：50條SIMD浮點運算指令是其主要部分，包括幾個部分：數(shù)據(jù)傳送指令、算數(shù)運算指令、比較指令、類型轉換指令、組合指令、狀態(tài)管理指令。

12條SIMD整數(shù)指令：為了增強MMX指令系統(tǒng)而新增。

8條高速緩沖存儲器優(yōu)化指令：8條指令，為更好滴控制緩存操作，提供啊程序運行性能，專門針對Pentium III設計。

SSE2指令集主要包括針對128位和64位的打包雙精度浮點計算指令，記憶64位和128位的SIMD整數(shù)指令、MMX/SSE的128位擴展指令、高速緩存控制盒指令排序指令。

SSE2浮點計算指令：SSE2浮點運算指令分為多組，主要有SSE2的傳送指令、算術運算指令、邏輯運算指令、比較指令、組合指令和轉換指令等。

SSE2擴展指令：除雙精度浮點指令外，在原油的MMX和SSE基礎上補充了SIMD擴展整數(shù)指令、高速緩存控制和指令排序指令。

總結

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