SSE 介紹 [Page 5]

看了簡單的例子之後，我們現在列出一些 SSE 浮點運算指令所支援的一些基本的運算：

指令	Intrinsic	功能
addps/addss	_mm_add_ps/_mm_add_ss	加法
subps/subss	_mm_sub_ps/_mm_sub_ss	減法
mulps/mulss	_mm_mul_ps/_mm_mul_ss	乘法
divps/divss	_mm_div_ps/_mm_div_ss	除法
sqrtps/sqrtss	_mm_sqrt_ps/_mm_sqrt_ss	平方根
maxps/maxss	_mm_max_ps/_mm_max_ss	逐項取最大值
minps/minss	_mm_min_ps/_mm_min_ss	逐項取最小值

這些運算基本上都符合 IEEE 754 中的規範，根據其計算結果，設定適當的旗標（divide-by-zero、invalid 等等），或是產生 exception。這可以由一個 MXCSR 暫存器來設定。MXCSR 暫存器是一個 32 位元的旗標暫存器，可以設定是否要產生各種 exception，並會記錄上次的計算中，發生了哪些情況。下面是 MXCSR 暫存器的說明圖：

以下是 MXCSR 各欄位的說明：

欄位	名稱	Intrinsic 巨集	說明
IE	Invalid Operation Flag	_MM_EXCEPT_INVALID	運算中發生 invalid operation
DE	Denormal Flag	_MM_EXCEPT_DENORMA	試圖載入 denormal value 或對 denormal value 進行運算
ZE	Divide-by-Zero Flag	_MM_EXCEPT_DIV_ZERO	運算中發生 divide by zero
OE	Overflow Flag	_MM_EXCEPT_OVERFLOW	運算中發生 overflow
UE	Underflow Flag	_MM_EXCEPT_UNDERFLOW	運算中發生 underflow
PE	Precision Flag	_MM_EXCEPT_INEXACT	運算結果不精確（inexact）
DAZ	Denormals Are Zeros	N/A	強制將 denormals 視為 0
IM	Invalid Operation Mask	_MM_MASK_INVALID	關閉 invalid operation exception
DM	Denormal Operation Mask	_MM_MASK_DENORM	關閉 denormal operation exception
ZM	Divide-by-Zero Mask	_MM_MASK_DIV_ZERO	關閉 divide by zero exception
OM	Overflow Mask	_MM_MASK_OVERFLOW	關閉 overflow exception
UM	Underflow Mask	_MM_MASK_UNDERFLOW	關閉 underflow exception
PM	Precision Mask	_MM_MASK_INEXACT	關閉 inexact exception
RC	Rounding Control	N/A	設定捨去方式
FZ	Flush to Zero	N/A	打開 Flush-to-zero 模式

上表中有幾個地方是需要特別注意的：

1. DAZ 若設為 1，則會開啟 Denormals Are Zeros 模式。當此模式開啟時，若來源參數中有任何 denormals，都會被視為 0，而且不會設定 DE 或產生 denormal operation exception。這個模式和 IEEE 754 規範不相容，但是通常會得到更好的效率。另外 DAZ 目前只在 Intel Pentium 4 和 Intel Xeon 處理器上有支援。有關判斷 DAZ 是否支援的方式，請參考 IA-32 Intel Architecture Software Developer's Manual, Volume 1: Basic Architecture, Section 11.6.3。
2. RC 可以設定成四種方式：00 為 Round to nearest (even)，即將運算結果捨去至最接近數值。如果兩個數值同樣接近，則捨去至偶數。01 為 Round down，即往負無限大方向捨去。10 為 Round up，即往正無限大方向捨去。11 則是 Round toward zero (truncate)，即往零的方向捨去。
3. FZ 若設為 1，則會開啟 Flush-to-zero 模式。當此模式開啟，且 underflow exception 被關閉時，若在運算時發生 underflow，則結果為 0（符號同真正結果），且會設定 PE 和 UE。若 underflow exception 未關閉，則此模式無任何影響。注意此模式和 IEEE 754 規範不相容（規範要求 underflow 需產生 denormal 結果），但通常會得到更好的效率。

設定和讀取 MXCSR 同樣有 intrinsic 可以用，即 _mm_getcsr 和 _mm_setcsr。不過，因為 MXCSR 基本上是由 bit field 組成，因此在 xmmintrin.h 裡面也定義了一些方便的巨集。這些巨集包括：

巨集	功用
_MM_SET_EXCEPTION_STATE	設定 exception 狀態（IE ~ PE）
_MM_GET_EXCEPTION_STATE	取得 exception 狀態（IE ~ PE）
_MM_SET_EXCEPTION_MASK	設定 exception mask（IM ~ PM）
_MM_GET_EXCEPTION_MASK	取得 exception mask（IM ~ PM）
_MM_SET_ROUNDING_MODE	設定捨去方式
_MM_GET_ROUNDING_MODE	取得目前的捨去方式
_MM_SET_FLUSH_ZERO_MODE	設定 Flush-to-zero 模式（_MM_FLUSH_ZERO_ON 和 _MM_FLUSH_ZERO_OFF）
_MM_GET_FLUSH_ZERO_MODE	取得 Flush-to-zero 模式設定

捨去方式的設定包括：

_MM_ROUND_NEAREST	Round to nearest (even)
_MM_ROUND_DOWN	Round down
_MM_ROUND_UP	Round up
_MM_ROUND_TOWARD_ZERO	Round toward zero (truncate)

在開機時，所有的 exception mask 都是設定為 1，也就是所有的 exception 都是關閉的。如果有需要的話，可以將其開啟。下面的程式片斷是一個例子：

• _MM_ALIGN16 float test1[4] = { 0, 0, 0, 1 };
• _MM_ALIGN16 float test2[4] = { 1, 2, 3, 0 };
• _MM_ALIGN16 float out[4];
• _MM_SET_EXCEPTION_MASK(0); // 打開所有的 exception
• __try {
• __m128 a = _mm_load_ps(test1);
• __m128 b = _mm_load_ps(test2);
• a = _mm_div_ps(a, b);
• _mm_store_ps(out, a);
• }
• __except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER) { // exception handler
• if(_mm_getcsr() & _MM_EXCEPT_DIV_ZERO) {
• cout << "Divide by zero" << endl;
• }
• return;
• }
• cout << out[3] << endl;

上面的程式在執行時，會產生 divide by zero 的 exception，並進入 exception handler。在 exception handler 中，因為 ZE 會被設定，因此會顯示出 "Divide by zero" 的錯誤訊息。如果把 _MM_SET_EXCEPTION_MASK(0); 這一行去掉，則不會產生 exception，而會直接輸出正無限大（1.#INF）的結果。

[Part 1] [Page 2] [Part 3] [Part 4] [Part 5] [Part 6] [Part 7] [Part 8]

11/7/2001, Ping-Che Chen

---

Sorry, Traditional Chinese only. This page is encoded in UTF-8.

Copyright© 2000, 2001 Ping-Che Chen