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电脑网 3DNow!(3D no waiting,无须等待的3D处理)3dnow指令集是什么

3DNow!(3D no waiting,无须等待的3D处理)3dnow指令集是什么

作者:pc.zx98.com 来源:互联网 标签:cpu基础知识,电脑专业术语 点击数:        ★★★
 

3dnow!(据称是“3d no waiting!”的缩写)是由amd开发的一套simd多媒体指令集,支持单精度浮点数的矢量运算,用于增强x86架构的计算机在三维图像处理上的性能。

1996年intel首先推出了支持mmx的pentium处理器,极大地提高了cpu处理多媒体数据的能力,被广泛地应用于语音合成、语音识别、音频视频编解码、图像处理和流媒体等领域。但是mmx只支持整数运算,浮点数运算仍然要使用传统的x87协处理器指令。

由于mmx与x87的寄存器相互重叠,在mmx代码中插入x86指令时必须先执行emms指令清除mmx状态,频繁地切换状态将严重影响性能。这限制了mmx指令在需要大量浮点运算的程序,如三维几何变换、裁剪和投影中的应用。

另一方面,由于x87古怪的栈式寄存器结构,使得硬件上将其流水线化和软件上合理调度指令都很困难,这成为提高x86架构浮点性能的一个瓶颈。

为了解决以上这两个问题,amd公司于1998年推出了包含21条指令的3dnow!指令集,并在其k6-2处理器中实现。k6-2是第一个能执行浮点simd指令的x86处理器,也是第一个支持平坦浮点寄存器模型的x86处理器。借助3dnow!,k6-2实现了x86处理器上最快的浮点单元,在每个时钟周期内最多可得到4个单精度浮点数结果,是传统x87协处理器的4倍。许多游戏厂商为3dnow!优化了程序,微软的directx 7也为3dnow!做了优化,amd处理器的游戏性能第一次超过intel,这大大提升了amd在消费者心目中的地位。k6-2和随后的k6-iii成为市场上的热门货。

1999年,随着amd athlon处理器的推出,amd为3dnow!增加了5条新的指令,用于增强其在dsp方面的性能,它们被称为“扩展3dnow!”(exted 3dnow!)。

为了对抗3dnow!,intel公司于1999年推出了sse指令集。sse几乎能提供3dnow!的所有功能,而且能在一条指令中处理两倍多的单精度浮点数;同时,sse完全支持ieee 754,在处理单精度浮点数时可以完全代替x87。这迅速瓦解了3dnow!的优势。

1999年后,随着主流操作系统和软件都开始支持sse并为sse优化,amd在其2000年发布的代号为“thunderbird”的athlon处理器中添加了对sse的完全支持(“经典”的athlon或k7只支持sse中与mmx有关的部分,amd称之为“扩展mmx”即exted mmx)。随后,amd致力于amd64架构的开发;在simd指令集方面,amd跟随intel,为自己的处理器添加sse2和sse3支持,而不再改进3dnow!。

  


执行环境

3dnow!指令的执行环境与mmx一样,都是将8个x87寄存器st0~st7的低64位重命名为mmx寄存器mm0~mm7,并依平坦模式进行操作(即指令可以任意访问这8个寄存器中的任何一个而不必使用堆栈)。

由于3dnow!使用的寄存器与x87寄存器重叠,任务切换时,保存x87寄存器状态的同时也保存了3dnow!的状态,所以3dnow!不需要操作系统的额外支持。pc.zx98.Com只要cpu支持3dnow!,含有3dnow!代码的程序可以在只考虑到x87状态的原有的操作系统上不加修改地运行。

  


3dnow!指令集

3dnow!和扩展3dnow!的26条指令从功能上可以分为以下五类:

  

单精度浮点运算指令

此类指令的操作数均为64位,其高32位和低32位分别是ieee 754格式的单精度浮点数。大部分指令一次可接受两个这样的操作数,并得到两个单精度浮点数的结果。它们的汇编语言助记符都以pf开头。

3dnow!还包含有计算单精度倒数和开方倒数的指令,并可以依程序需要,得到12位精度和24位精度的结果。这些指令一次只能处理一个单精度浮点数。

  

增强的mmx指令

pavgusb用于求64位紧缩字节(8×8位字节)的平均值,可用于视频编码中的像素平均和图像缩放等。可能是意识到这个功能的重要性,intel在sse中添加了功能完全相同的pavgb指令。

pmulhrw则用来补充mmx指令pmulhw的不足,在紧缩无符号字(4×16位字)相乘时可以得到比后者更准确的结果。

  

数据类型转换指令

pf2id、pi2fd等4条指令用于完成整数和单精度浮点数之间的相互转换。

  

数据预取指令

prefetch/prefetchw指令用于把将要使用到的数据从主存提前装入缓存中,以减少访问主存的指令执行时的延迟。intel在sse中添加了类似的prefetchtx指令

  

快速退出mmx状态指令

femms指令与mmx中的emms功能相同,用于退出mmx状态。在k6-2和k6-iii处理器中,femms比emms更快;在athlon及更新的处理器中,femms等同于emms。


 

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