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Intel MMX technology 簡介

‧MMX 是什麼𤥢

‧MMX 的 data types

‧MMX 的特徵𤥢

‧MMX 如何與現有的 IA 相容

MMX 是什麼

MMX 是 Intel 為了加快 MultiMedia 方面的應用程式的執行速度而發展出來的技術。主要的目標是在與現有的 IA (Intel Architecture) 相容的前提下, 提升多媒體應用程式的執行速度。基本上它是應用了 SIMD 的觀念, 以某種程度的平行處理來執行程式。

MMX technology Data Types

MMX 引入了以下幾種新的資料形態 : Packed byte, packed word, packed doubleword, Packed Quadword

Packed byte : 將 8 個 byte 合成一個 64 bits,

Packet word : 將 4 個 word 合成一個 64 bits,

Packet doubleword : 將 2 個 word 合成一個 64 bits,

Packet quadword : 一個 64 bits

大部份的多媒體應用程式都使用 8 bits 或 16 bits 的資料, 而從 Pentium 以上 , Bus 的寬度都是 64 bits 了, 如果一次只傳 8 or 6 bits, 會造成 bandwidth 的浪費, 因此, 將短的資料包在一起, 一次傳送64個 bits, 可以減少這種損失。

MMX instruction set Feature

saturation arithmetic

一般的算術運算在 overflow 的時候, 並沒有特別的處理, 通常是直接將最左邊的一個 bit 丟棄, 因此會有兩數相加產生的結果比這兩個數都還要小的情形。在多媒體的應用程式中，常常會有綠色加綠色這一類的運算。綠色加綠色，我們預期他會變成深綠色，或者深到變成黑色。但是要是發生 overflow ，就一切都變樣了，它可能變成很奇怪的顏色。MMX 提供一種 saturation arithmetic,使得綠色加綠色最多是變成黑色，而不會變出什麼奇怪的顏色。

parallelism

MMX 提供了類似 SIMD 的方式, 可以一次對多個 operand 做相同的運算。比如說向量(x1,y1,z1) 和向量 (x2,y2,z2) 的向量加法可以一次完成。對多媒體應用程式言, kernel 的部份幾乎都是可以平行處理的 data 。這也是 MMX 能夠提升多媒體應用程式的主要原因。

Table 1. Summary of the MMX instruction set

Opcode	Options	Description
Padd[b/w/d] Psub[b/w/d]	Wrap around and saturate	Paralle Add and subtract of packed eight bytes, four 16-bit words, or two 32-bit doubleworlds.
Pcmped[b/w/d] Pcmpgt[b/w/d]	Equal or greater than	Parallel Compare of eight bytes, four 16-bit words, or two 32-bit double-words. Result is mask of 1s if true or 0s if false.
Pmullw Pmulhw	Result is high or low order bits.	Parallel Multiply of four signed 16-bit words. Low-order or high-order 16-bits of the 32-bit result are chosen.
Psra[w/d] Psll[w/d/q] Psrl[w/d/q]	Shift count in register or immediate	Parallel Shift of 4 words, 2 double-words, or the full 64 bits are shifted arithmetic right,logical right and left.
Punpkl[bw/wd/dq] Punpckh[bw/wd/dq]		Parallel Unpacking(interleaved merge) of eight bytes, four 16-bit words, or two 32-bit doublewords.
Packss[wb/dw]	Always saturate	Parallel Packing of doublewords to words or words to bytes.
Pand Pandn Por Pxor		64-bit bitwise logical operations
Mov[d/q]		Moves 32 or 64 bits to and from memory to MMX registers or between MMX registers. 32-bits can be moved between MMX and integer register.
Emms		Empty FP registers tag bits.

總共有 57 個 instruction

MMX 的相容性

MMX 發展的主要目標之一就是要能夠與現有的 Intel CPU 架構結合，而原有的軟體不需要重新編譯也可以在有 MMX 的 CPU 上執行。

no more register

第一個要考慮的就是 : 不能引入新的 register 以及新的狀態(condition code)。在多工的環境下, 每次 context switch 時, OS 會保存每個 process 的所有狀態。如果加入新的 register, 也就是說 OS 必須知道有這個 register。但是這樣的話, 現有的 OS 就不能直接在 MMX 上跑了。所以, 不能夠引入新的 register 。那, MMX 用哪個 register ?

MMX 的資料都包成 64 bit 一組了, 而現有的 Pentium 等 CPU 的 register 都還是 32 bit 的, 也因為如此, 因此, MMX 使用 80bit 的 Floating-point register 作為它的暫存器，當 floating point register 中存放的是MMX 的 packet data, 超過第 63 個 bit 以上的位元都設成 1, 如果把這串 01 解釋成 floating point , 會得到一個 NAN(not a number)。應用程式不能在用 floating-point unit 做浮點運算時又使用 MMX 的指令。

參考資料 :

Intel MMX for Multimedia PC : COMMUNICATIONS OF THE ACM Jan. 1997/Vol. 40 No.1

MMX Technology Extension To The Intel Architecture : IEEE Micro Aug. 1996

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