Instituto de Computação
Universidade Estadual de Campinas
Conjunto de
Instruções
Multimídia
Celso Tetsuo Nagase Suzuki
RA 004859
[email protected]
Disciplina MO401
Arquitetura de Computadores
Introdução


Acelerar a execução de aplicações multimídia.
Instruções SIMD.
 Single Instruction, Multiple Data.
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Roteiro





Histórico
Instruções Multimídia comuns
Extensões Multimídia x86
Exemplo
Conclusão
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Histórico

MAX (Multimedia Acceleration eXtensions)
 PA-RISC 1.1 (HP) – Primeira
arquitetura de processadores de uso
geral com instruções multimídia,
lançado em Janeiro de 1994.
 Processador de 80MHz toca vídeos
MPEG-1 em tempo real (30 frames por
segundo), sem hardware adicional.
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Instruções Multimídia

Dados empacotados
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Instruções Multimídia

Operações aritméticas
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Instruções Multimídia

Shift Left

Shift Right
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Instruções Multimídia

Empacotamento de dados
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Instruções Multimídia

Comparação
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Extensões multimídia x86

MMX (Intel - 1996)
 57 instruções.
 Usa os 8 registradores de
ponto flutuante já existentes.
 Somente operações com
números inteiros.
 8 Packed Bytes, 4 Packed
Words, 2 Packed
Doublewords e 1 Packed
Quadword.
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Extensões multimídia x86

3DNow! (AMD - 1998)
 21 instruções.
 Complementa a extensão
MMX com operações em
números de ponto flutuante
de 32 bits.
 Instrução de prefetch que
carrega uma linha do cache
L1 com dados do endereço.
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Extensões multimídia x86

SSE (Streaming SIMD Extensions – Intel – 1999)
 Corrige algumas limitações
da extensão MMX.
8
novos registradores de
128 bits para operações em
números de ponto flutuante
de 32 bits.
 Instruções de prefetch e
gravação de dados não
temporais.
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Extensões multimídia x86

Enhanced 3DNow! (AMD – 1999)
 Complementa a extensão 3DNow! com 24
novas instruções.
 Instruções para gravação de dados não
temporais, conversão entre dados inteiros e
de ponto flutuante e operações matemáticas.
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Extensões multimídia x86

SSE2 (Intel – 2001)
 144 novas instruções.
 Suporte a operações com números inteiros nos
registradores de 128 bits.
 2 números de ponto flutuante de 64 bits
empacotados, 16 Packed Bytes, 8 Packed
Words, 4 Packed Doublewords, 2 Packed
Quadwords.
 Nos processadores AMD64, o número de
registradores de 128 bits foi aumentado para
16 (XMM0 a XMM15).
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Extensões multimídia x86

3DNow! Professional (AMD)
 Lançada com a linha de processadores
AthlonXP.
 Enhanced 3DNow! + SSE.
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Extensões multimídia x86

SSE3 (Intel – 2004)
 13 novas instruções.
 Operações horizontais.
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Exemplo

Threshold de uma imagem em níveis de cinza.
void Threshold(u_int16_t imagein[], u_int16_t imageout[],
int npixels, u_int16_t threshold) {
int i;
for (i = 0; i < npixels; i++)
if (imagein[i] > threshold)
imageout[i] = 255;
else
imageout[i] = 0;
}
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Exemplo

Threshold de uma imagem em níveis de cinza.
void ThresholdSSE2(u_int16_t imagein[], u_int16_t imageout[],
int npixels, u_int16_t thr) {
int i; max = 255;
xmm0
xmm1
for (i=0; i<npixels; i+=8, imagein+=8, imageout+=8) {
asm ("movdqa (%0), %%xmm2 \n" : : "r" (imagein));
asm ("pcmpgtw %xmm0, %xmm2 \n");
asm ("pand %xmm1, %xmm2 \n");
asm ("movntdq %%xmm2, (%0) \n" : : "r" (imageout));
}
}
xmm2 > 120
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Exemplo

Threshold de uma imagem em níveis de cinza.
 Compiladores Intel ICC 9.0.021 e GCC 3.4.4.
 S.O. GNU/Linux
CPU
Pentium 4
3GHz HT
Athlon 64
3200+
Athlon XP
3200+
Sempron
Mobile 2800+
C - MPixels/s
464
465
470
368
SSE
1940 (4,2x)
1655 (3,6x)
1592 (3,4x)
725 (2,0x)
SSE2
2069 (4,5x)
1650 (3,6x)
sem suporte
723 (2,0x)
C - MPixels/s
297
442
396
335
SSE
1924 (6,5x)
1654 (3,7x)
1592 (4,0x)
723 (2,2x)
SSE2
2069 (7,0x)
1654 (3,7x)
sem suporte
722 (2,2x)
ICC
GCC
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Conclusão


O uso de instruções SIMD é importante
para melhorar a velocidade de aplicações
multimídia.
Compiladores atuais não otimizam trechos
críticos com o mesmo desempenho que a
codificação direta usando instruções SIMD.
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