Assembly SIMD: MMX SSE

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Assembly SIMD

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Author:	Pnluck
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Website:	http://pnluck.netsons.org
Date:	03/11/2007 (dd/mm/yyyy)
Level:
Language:	Italian
Comments:	I'm back!!!

Link e Riferimenti

Manuali Intel
MASM Programmer's Guide
Masm 9

Essay

Col Pentium II sono state introdotte delle estensioni all'architettura del processore: MMX e SSE, che permettono di effettuare le operazioni SIMD (single-instruction multiple-data).
Ognuna di queste estensioni fornisce un gruppo di istruzioni, che operano tramite i packed integer ed i packed floating point, usando i registri MMX (a 64bit) o quelli XMM (a 128bit).

SIMD Execution Model

Il modello SIMD velocizza di molto le performance del software, permettendo di operare su diversi dati in parallelo con una sola istruzione.

Packed Data Types

I Packed Data Type sono di due tip: 64 e 128 bit, e sono la versione digitale dei vettori.

64bit Packed Data Types

I 64-bit packed SIMD data types sono stati introdotti con la tecnologia MMX. I tipi fondamentali sono: packed byte, packed word, packed dword e possono contenere soltanto valori integer.

128bit Packed Data Types

I 128-bit packed SIMD data types sono stati introdotti con la tecnologia XMM. I tipi fondamentali sono: packed byte, packed word, packed dword e packed qword. Questo tipo di packed possono contenere valori integer o a virgola mobile(floating point)

MMX Technology

La tecnologia MMX ha introdotto il concetto di operazioni SIMD , i packed data types, e poi l' ambiente MMX .

MMX registers

L'ambiente MMX implementa otto registri da 64bit, utilizzati per effettuare operazioni sui packed data.
I registri MMX sono "contenuti" nei registri della FPU, in effetti, si agisce fisicamente sui i registri della FPU, l'immagine chiarisce meglio questo concetto.

E' possibile accedere ai registri con modalità a 32bit ed a 64bit.
In entrambe le modalità d'accesso alla memoria, i registri svolgono le seguenti operazioni:

• Accesso alla memoria secondo la codifica little indian
• Trasferimento dati da un registro MMX all'altro
• Istruzioni per unpack/pack

Saturazione e wraparound modes

Quando si esegue un' operazione aritmetica, essa può risultare fuori range, es: sommando due word, si può ottenere un overflow se il risultato è maggiore di 16bit.
Per ovviare a ciò MMX implementa due tecniche:

• Wraparound: con questa tecnica il risultato è truccato: il carry o l'overflow bit è ignorato e solo l'ultimo bit significativo del risultato è ritornato alla destinazione.
• Signed and Unsegned Saturation: il risultato è limitato alla grandezza del packed data operante: se l'addizione tra due word packed è maggiore di 16bit, il risultato è saturato(per i signed) a 7FFF, se avviene un positive overflow, o 8000, se avviene un negative overflow o è un'operazione unsigned.

MMX instructions

Ecco a voi una tabella contenente le istruzioni supportate dalla tecnologia MMX

• EMMS: quest'istruzione svuota lo stato dell'ambiente MMX settando a 11B il FPU tag word. Quest'istruzione deve essere inserita alla fine di ogni blocco di codice che utilizzi le istruzioni MMX, prima di eseguire codice per la FPU.
  

• Arithmetic Instructions:
  
  • PADDB/PADDW/PADDD: sono le istruzione per l'addizione dei packed data considerandoli come vettori di byte/word/dword
  • PSUBB/PSUBW/PSUBD: solo le istruzioni per la sottrazione dei packed data.
  • PADDUSB/PADDSW: aggiunge i packed data, considerati come numeri con segno(byte e word), usando la signed saturation.
  • PSUBSB/PSUBSW: come sopra, solo che queste istruzioni vengono usate per effettuare la sottrazione
  • PADDUSB/PADDUSW: aggiunge i packed data, considerandoli come numeri senza segno(byte e word), usando l'unsigned saturation.
  • PSUBSUB/PSUBUSW: come sopra ma utilizzati per la sottrazione.
  • PMULHW/PMULHUW: moltiplica due packed signed/unsigned word e salva i 16bit più alti, dal bit 31 al 16, dei 32bit risultanti della moltiplicazione.
  • PMADDWD: Moltiplica ed aggiunge due packed word integer: per farla breve:

• Comparison Instructions:
  
  • PCMPEQB: Compare packed bytes for equal
  • PCMPEQW: Compare packed words for equal
  • PCMPEQD: Compare packed doublewords for equal
  • PCMPGTB: Compare packed signed byte integers for greater than
  • PCMPGTW: Compare packed signed word integers for greater than
  • PCMPGTD: Compare packed signed doubleword integers for greater than

• Logical Instructions:
  
  • PAND: bitwise logical AND
  • PANDS: bitwise logical AND NOT
  • POR: bitwise logical OR
  • PXOR: bitwise logical XOR

• Shift and Rotate Instructions:
  
  • PSLLW: shift packed words left logical
  • PSLLD: shift packed dwords left logical
  • PSLLQ: shift packed qwords left logical
  • PSRLW: shift packed words right logical
  • PSRLD: shift packed dwords right logical
  • PSRLQ: shift packed qwords right logical
  • PSRAW: shift packed words right arithmetic
  • PSRAD: shift packed dwords right arithmetic

• Coversion istructions: Le istruzioni PACKSSWB (pack word in byte con signed saturation), PACKSSDW (pack dword in word con signed saturation) e PACKUSWB (pack word in byte con l'unsigned saturation): sono delle istruzioni di conversione. Per comprendere meglio questo tipo d' istruzioni guardate quest'immagine:

• Unpack istructions: Le istruzioni di unpack sono di due tipi: quelle che operano sui High Data e quelli sui Low Data:
  • High Data: estraggono ed intervallano gli high-order data element (prende dalla parte superiore del registro i byte/word/dword/qword) dalla sorgente e dal destinatario nel registro del destinatario.
  • Low data: come sopra, solo che operano sui low data (la parte inferiore del registro)

Per approfondire le altre istruzioni vi rimando ai manuali intel volume 1 e 2.

Example

Ora mostro un semplice programma che effettua delle operazioni sui vettori (secondo voi i packed data cosa sono ;).

Codice per MASM/x86

Codice per ml64/x64

SSE Technology

Con la tecnologia SSE (Streaming SIMD Extension), quindi, con l'implementazione di:

• Otto registri XMM (XMM0-XMM7) a 128bit su piattaforme a 32bit, e 16 registri su quelle a 64bit, utilizzabili sono per eseguire calcoli.
• L'utilizzo dei packed single-precision floating point (virgola mobile) sui registri XMM, e con SSE2 sono supportati anche i double-precision e gli scalari.

Si fa un passo in avanti verso l'ottimizzazione dei contenuti digitali quali streaming audio/video e molto altro ancora.

Per verificare se il nostro processore supporta la tecnologia SSE, fino a che versione, basta utilizzare il comando CPUID (vedete l'esempio in basso).

SSE Istruction Set

Coming soon:

Note Finali

Ora voglio vedere un sacco di crackme che implementino i sistemi lineari =)
Pn[L]uck

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