1、算術(shù)指令
| 算術(shù)類型 | 函數(shù)示例 | 備注 |
|---|---|---|
| 加 |
_mm_add_sd、_mm256_add_ps
|
|
| 減 |
_mm_sub_sd、_mm256_sub_ps
|
|
| 乘 |
_mm_mul_sd、_mm256_mul_ps
|
|
| 除 |
_mm_div_sd、_mm256_div_ps
|
|
| 平方根 |
_mm_sqrt_sd、_mm256_sqrt_ps
|
|
| 倒數(shù) |
_mm_rcp_ss、_mm_rcp_ps、_mm256_rcp_ps
|
快速計算32位浮點數(shù)的近似倒數(shù)(1/x)，最大相對誤差小于\(1.5\times 2^{-12}\)。 |
| 倒數(shù)平方根 |
_mm_rsqrt_ss、_mm_rsqrt_ps、_mm256_rsqrt_ps
|
快速計算32位浮點數(shù)的近似倒數(shù)平方根(1/sqrt(x))，最大相對誤差小于\(1.5\times 2^{-12}\)。 |
| 水平加 |
_mm_hadd_ps、_mm256_hadd_pd
|
輸入兩個寄存器[a, b, c, d]和[e, f, g, h]，返回[a+b, c+d, e+f, g+h]。 |
| 水平減 |
_mm_hsub_ps、_mm256_hsub_pd
|
輸入兩個寄存器[a, b, c, d]和[e, f, g, h]，返回[a-b, c-d, e-f, g-h]。 |
| 交替加減 |
_mm_addsub_ps、_mm256_addsub_pd
|
輸入兩個寄存器[a, b, c, d]和[e, f, g, h]，返回[a-e, b+f, c-g, d+h]。對于復(fù)數(shù)乘法比較有用。 |
| 點乘 |
_mm_dp_ps、_mm_dp_pd、_mm256_dp_ps
|
輸入兩個寄存器和一個8位常量，常量高4位表示需要點乘的通道，低4位表示需要廣播結(jié)果的通道。 |
| 四舍五入 |
_mm_round_ps、_mm_floor_ss、_mm256_ceil_pd
|
|
| 最大/最小值 |
_mm_min_ss、_mm256_max_pd
|
x86 SIMD指令中沒有一元減號或絕對值指令，但可以通過位操作技巧來實現(xiàn)對應(yīng)的功能，例如_mm_xor_ps(x, _mm_set1_ps(-0.0f))可實現(xiàn)一元減號運算，_mm_andnot_ps(_mm_set1_ps(-0.0f), x)可實現(xiàn)取絕對值。（因為-0.0f浮點數(shù)值只把符號位設(shè)置為1，其余位均為0，所以_mm_xor_ps會翻轉(zhuǎn)符號，_mm_andnot_ps會清除符號位。）
2、比較指令
SSE實現(xiàn)了各種浮點數(shù)比較運算，如下表所示：
| 運算符 | 函數(shù)示例 |
|---|---|
| 等于 |
_mm_cmpeq_ss、_mm_cmpeq_ps、_mm_cmpeq_sd、_mm_cmpeq_pd
|
| 小于 |
_mm_cmplt_ss、_mm_cmplt_ps、_mm_cmplt_sd、_mm_cmplt_pd
|
| 小于等于 |
_mm_cmple_ss、_mm_cmple_ps、_mm_cmple_sd、_mm_cmple_pd
|
| 大于 |
_mm_cmpgt_ss、_mm_cmpgt_ps、_mm_cmpgt_sd、_mm_cmpgt_pd
|
| 大于等于 |
_mm_cmpge_ss、_mm_cmpge_ps、_mm_cmpge_sd、_mm_cmpge_pd
|
| 不等于 |
_mm_cmpneq_ss、_mm_cmpneq_ps、_mm_cmpneq_sd、_mm_cmpneq_pd
|
| 不小于 |
_mm_cmpnlt_ss、_mm_cmpnlt_ps、_mm_cmpnlt_sd、_mm_cmpnlt_pd
|
| 不小于等于 |
_mm_cmpnle_ss、_mm_cmpnle_ps、_mm_cmpnle_sd、_mm_cmpnle_pd
|
| 不大于 |
_mm_cmpngt_ss、_mm_cmpngt_ps、_mm_cmpngt_sd、_mm_cmpngt_pd
|
| 不大于等于 |
_mm_cmpnge_ss、_mm_cmpnge_ps、_mm_cmpnge_sd、_mm_cmpnge_pd
|
AVX將浮點數(shù)比較指令統(tǒng)一成了_mm_cmp_xx和_mm256_cmp_xx這樣的形式，然后通過一個常量來表示比較謂語。比較謂語如下表所示，兩個數(shù)比較時若其中一個數(shù)為NaN，則ordered模式將返回false，unordered模式將返回true，另外signalling只影響MXCSR的值。
| 比較運算 | ordered (non-signalling) | unordered (non-signalling) | ordered (signalling) | unordered (signalling) |
|---|---|---|---|---|
| a < b | _CMP_LT_OQ | _CMP_NGE_UQ | _CMP_LT_OS | _CMP_NGE_US |
| a <= b | _CMP_LE_OQ | _CMP_NGT_UQ | _CMP_LE_OS | _CMP_NGT_US |
| a == b | _CMP_EQ_OQ | _CMP_EQ_UQ | _CMP_EQ_OS | _CMP_EQ_US |
| a != b | _CMP_NEQ_OQ | _CMP_NEQ_UQ | _CMP_NEQ_OS | _CMP_NEQ_US |
| a >= b | _CMP_GE_OQ | _CMP_NLT_UQ | _CMP_GE_OS | _CMP_NLT_US |
| a > b | _CMP_GT_OQ | _CMP_NLE_UQ | _CMP_GT_OS | _CMP_NLE_US |
| true | _CMP_ORD_Q | _CMP_TRUE_UQ | _CMP_ORD_S | _CMP_TRUE_US |
| false | _CMP_FALSE_OQ | _CMP_UNORD_Q | _CMP_FALSE_OS | _CMP_UNORD_S |
浮點數(shù)比較指令返回另一個寄存器來保存結(jié)果，其中比較條件成立的值賦為全1(NaN)，其它賦為全0(0.0f)。可以使用_mm_movemask_ps、_mm_movemask_pd或AVX中的等效指令來將結(jié)果發(fā)送到CPU通用寄存器，這些指令收集每個浮點數(shù)通道的最高有效位（恰好也是符號位）并打包成標(biāo)量，然后復(fù)制到通用寄存器中。
const __m128 zero = _mm_setzero_ps();
const __m128 eq = _mm_cmpeq_ps(zero, zero);
const int mask = _mm_movemask_ps(eq);
printf("%i\n", mask);
在上面這段代碼中，對于__m128的所有4個通道，0 == 0的比較結(jié)果都是正確的，eq變量的所有128位都設(shè)置為1，然后_mm_movemask_ps收集并返回所有4個浮點數(shù)通道的符號位，最終打印出的mask值是15，即二進制的0b1111。比較結(jié)果的另外一些用途，就是可以將它們作為其它指令的參數(shù)（例如blendv指令）。
除了全通道比較函數(shù)外，也有一些函數(shù)可以只比較兩個寄存器的最低通道，如下表所示：
| 運算符 | 函數(shù)示例 |
|---|---|
| 等于 |
_mm_comieq_ss、_mm_comieq_sd
|
| 不等于 |
_mm_comineq_ss、_mm_comineq_sd
|
| 小于 |
_mm_comilt_ss、_mm_comilt_sd
|
| 小于等于 |
_mm_comile_ss、_mm_comile_sd
|
| 大于 |
_mm_comigt_ss、_mm_comigt_sd
|
| 大于等于 |
_mm_comige_ss、_mm_comige_sd
|
3、洗牌指令
3.1、固定順序洗牌
| 函數(shù)示例 | 說明 | 示意圖 |
|---|---|---|
_mm_movehl_ps |
將向量a中的高2個元素復(fù)制到dst的高2個元素中，將向量b中的高2個元素復(fù)制到dst的低2個元素中。 |  |
_mm_movelh_ps |
將向量a中的低2個元素復(fù)制到dst的低2個元素中，將向量b中的低2個元素復(fù)制到dst的高2個元素中。 |  |
_mm_unpacklo_ps |
取向量a和向量b的低半部分元素并交錯存儲到dst中。 |  |
_mm_unpackhi_ps |
取向量a和向量b的高半部分元素并交錯存儲到dst中。 |  |
_mm_movehdup_ps |
復(fù)制輸入向量中的奇數(shù)索引元素，并存儲到dst中。 |  |
_mm_moveldup_ps |
復(fù)制輸入向量中的偶數(shù)索引元素，并存儲到dst中。 |  |
_mm_broadcastss_ps |
將輸入向量的最低通道元素廣播到dst的所有元素中。 |  |
3.2、編譯時洗牌
這類函數(shù)都接收一個編譯期確定的常量來控制洗牌順序，如果傳入的控制系數(shù)無法在編譯期確定，那么將導(dǎo)致編譯錯誤，例如：
const __m128 zero = _mm_setzero_ps();
_mm_shuffle_ps(zero, zero, rand()); //error C2057: expected constant expression
下表僅列舉了一些參數(shù)是__m128類型的洗牌函數(shù)，__m128d、__m256、__m256d也都有對應(yīng)的函數(shù)，可以類推。示意圖中藍(lán)色箭頭表示使用控制系數(shù)選擇的內(nèi)容，灰色箭頭表示不同控制系數(shù)可能選擇的內(nèi)容。
| 函數(shù)示例 | 說明 | 示意圖 |
|---|---|---|
_mm_shuffle_ps |
右圖中，控制常數(shù)是0x98（二進制 10 01 10 00）。輸出向量的前2個通道來自第一個輸入向量的0b00和0b10號通道，后2個通道來自第二個輸入向量的0b01和0b10號通道。如果要對單個向量進行置換，可將兩個輸入向量都設(shè)為同一個向量?？梢允褂煤?code>_MM_SHUFFLE來生成控制常數(shù)。 |  |
_mm_blend_ps |
右圖中，控制常數(shù)為1（二進制 0 0 0 1），所以只從第二個輸入向量中提取了對應(yīng)的0號通道，其余通道都取自第一個輸入向量的對應(yīng)通道。 |  |
_mm_insert_ps |
插入單個通道，并可選擇將某些通道清零。右圖中，控制常數(shù)為0x61（二進制 01 10 0001）：源索引為0b01，目標(biāo)索引為0b10，所以第二個輸入向量中0b01號通道的F被插入了輸出的0b10號通道；最低4位為0b0001，因此0號輸出通道被清零。此外，我們也可以選擇性地將某些通道清零而無需插入，例如控制常數(shù)0b00001001將0號和3號通道清零。（也可以使用_mm_blend_ps和_mm_setzero_ps實現(xiàn)等價功能，但這就是兩條指令，而不是一條。） |
 |
_mm_permute_ps |
與_mm_shuffle_ps類似，區(qū)別在于僅對一個輸入向量進行洗牌。右圖中，控制常數(shù)是0x63（二進制 01 10 00 11）。 |
 |
3.3、運行時洗牌
_mm_blendv_ps、_mm_blendv_pd、_mm256_blendv_ps、_mm256_blendv_pd接收3個參數(shù)，通過掩碼的符號位從向量a或向量b中選擇通道。
_mm_permutevar_ps、_mm256_permutevar8x32_ps都接收一個包含源數(shù)據(jù)的浮點數(shù)寄存器和一個包含源索引的整數(shù)寄存器，根據(jù)整數(shù)寄存器中的索引值從浮點數(shù)寄存器中選擇通道。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-741778.html
4、乘加融合指令
| 乘加運算 | 函數(shù)示例 |
|---|---|
| (a · b) + c |
_mm_fmadd_ps、_mm256_fmadd_pd
|
| (a · b) - c |
_mm_fmsub_ps、_mm256_fmsub_pd
|
| -(a · b) + c |
_mm_fnmadd_ps、_mm256_fnmadd_pd
|
| -(a · b) - c |
_mm_fnmsub_ps、_mm256_fnmsub_pd
|
相較于分別使用乘法和加法指令，乘加融合(fused multiply-add, FMA)指令除了性能較高外，還更加精確，因為這些指令只在計算完乘法與加法后進行一次舍入。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-741778.html
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