SSE

Эта статья — о понятии, связанном с компьютерами. О британской энергетической компании см. SSE (компания).

SSE (англ. Streaming SIMD Extensions, потоковое SIMD-расширение процессора) — это SIMD- (англ. Single Instruction, Multiple Data, Одна инструкция — множество данных) набор инструкций, разработанный Intel и впервые представленный в процессорах серии Pentium III как ответ на аналогичный набор инструкций 3DNow! от AMD, который был представлен годом раньше. Первоначально названием этих инструкций было KNI — Katmai New Instructions (Katmai — название первой версии ядра процессора Pentium III).

Технология SSE позволяла преодолеть две основные проблемы MMX: при использовании MMX невозможно было одновременно использовать инструкции сопроцессора, так как его регистры были общими с регистрами MMX, и возможность MMX работать только с целыми числами.

SSE включает в архитектуру процессора восемь 128-битных регистров и набор инструкций, работающих со скалярными и упакованными типами данных.

Преимущество в производительности достигается в том случае, когда необходимо произвести одну и ту же последовательность действий над разными данными. В таком случае блоком SSE осуществляется распараллеливание вычислительного процесса между данными.

Особенности

• 8 (в x86-64 — 16) 128-битных регистров XMM.
• 32-битный (в x86-64 — 64) регистр флагов (MXCSR).
• 128-битный упакованный тип данных с плавающей точкой одинарной точности.
• Инструкции над вещественными числами одинарной точности.
• Инструкции явной предвыборки данных, контроля кэширования данных и контроля порядка операций сохранения.

Регистры

В SSE добавлены восемь (шестнадцать для x64) 128-битных регистров, которые называются xmm0 — xmm7 (-xmm15).

Каждый регистр может содержать четыре 32-битных значения с плавающей запятой одинарной точности.

SSE-команды

Команды для чисел с плавающей точкой

• Команды пересылки
  • Скалярные типы — MOVSS
  • Упакованные типы — MOVAPS, MOVUPS, MOVLPS, MOVHPS, MOVLHPS, MOVHLPS
• Арифметические команды
  • Скалярные типы — ADDSS, SUBSS, MULSS, DIVSS, RCPSS, SQRTSS, MAXSS, MINSS, RSQRTSS
  • Упакованные типы — ADDPS, SUBPS, MULPS, DIVPS, RCPPS, SQRTPS, MAXPS, MINPS, RSQRTPS
• Команды сравнения
  • Скалярные типы — CMPSS, COMISS, UCOMISS
  • Упакованные типы — CMPPS
• Перемешивание и распаковка
  • Упакованные типы — SHUFPS, UNPCKHPS, UNPCKLPS
• Команды для преобразования типов
  • Скалярные типы — CVTSI2SS, CVTSS2SI, CVTTSS2SI
  • Упакованные типы — CVTPI2PS, CVTPS2PI, CVTTPS2PI
• Битовые логические операции
  • Упакованные типы — ANDPS, ORPS, XORPS, ANDNPS

Команды для целых чисел

• Арифметические команды
  • PMULHUW, PSADBW, PAVGB, PAVGW, PMAXUB, PMINUB, PMAXSW, PMINSW
• Команды пересылки
  • PEXTRW, PINSRW
• Другие
  • PMOVMSKB, PSHUFW

Другие команды

• Работа с регистром MXCSR
  • LDMXCSR, STMXCSR
• Управление кэшем и памятью
  • MOVNTQ, MOVNTPS, MASKMOVQ, PREFETCH0, PREFETCH1, PREFETCH2, PREFETCHNTA, SFENCE

Пример

Следующий пример демонстрирует перемножение четырёх пар чисел с плавающей точкой одной инструкцией mulps: (Программа написана на языке ANSI C++ с использованием ассемблерной вставки __asm и инструкций ассемблера для работы с SSE, аргументы записаны согласно стандарту Intel, а не AT&T)

__declspec(align(16)) float a[4] = { 300.0, 4.0, 4.0, 12.0 };
__declspec(align(16)) float b[4] = {   1.5, 2.5, 3.5,  4.5 };
 
__asm {
    movups xmm0, a    ; // поместить 4 переменные с плавающей точкой из a в регистр xmm0
    movups xmm1, b    ; // поместить 4 переменные с плавающей точкой из b в регистр xmm1
    mulps xmm0, xmm1  ; // перемножить пакеты плавающих точек: xmm0 = xmm0 * xmm1
                      ; // xmm00 = xmm10 * xmm00
                      ; // xmm01 = xmm11 * xmm01
                      ; // xmm02 = xmm12 * xmm02
                      ; // xmm03 = xmm13 * xmm03
 
    movups a, xmm0    ; // выгрузить результаты из регистра xmm0 по адресам a
};

Тот же пример, но ассемблерная вставка asm выполнена в стандарте AT&T (GNU Assembler)

float a[4] = { 300.0, 4.0, 4.0, 12.0 };
float b[4] = {   1.5, 2.5, 3.5,  4.5 };
 
 __asm__ volatile
 (
  "movups %[a], %%xmm0\n\t"	// поместить 4 переменные с плавающей точкой из a в регистр xmm0
  "movups %[b], %%xmm1\n\t"	// поместить 4 переменные с плавающей точкой из b в регистр xmm1
  "mulps %%xmm1, %%xmm0\n\t"	// перемножить пакеты плавающих точек: xmm0 = xmm0 * xmm1
				// xmm00 = xmm00 * xmm10
				// xmm01 = xmm01 * xmm11
				// xmm02 = xmm02 * xmm12
				// xmm03 = xmm03 * xmm13
  "movups %%xmm0, %[a]\n\t"	// выгрузить результаты из регистра xmm0 по адресам a
  :
  : [a]"m"(*a), [b]"m"(*b)
  : "%xmm0", "%xmm1"
 );

См. также

• Таксономия Флинна
  • SIMD
  • SISD
  • MIMD
  • MISD

Ссылки

• Официальное руководство по процессорам Intel, часть 2а Список инструкций, включаяя SSE, (A-M по лат. алфавиту) приведен в п. 3.2.
• Официальное руководство по процессорам Intel, часть 2b Список инструкций, включаяя SSE, (N-Z по лат. алфавиту) приведен в п. 4.2.