浮点数运算

Day 13: 浮点运算

本章介绍x87浮点单元(FPU)和SSE指令集，用于处理浮点数运算。

1. x87 FPU

1.1 FPU寄存器

FPU有8个80位寄存器：ST(0) - ST(7) 组织成栈结构，ST(0)是栈顶 数据类型： - 单精度：32位 - 双精度：64位 - 扩展精度：80位

1.2 基本指令

section .data val1 dq 3.14159 val2 dq 2.71828 result dq 0.0 section .text ; 加载 fld qword [val1] ; ST(0) = val1 fld qword [val2] ; ST(0) = val2, ST(1) = val1 ; 运算 fadd ; ST(0) = ST(0) + ST(1) fsub ; ST(0) = ST(0) - ST(1) fmul ; ST(0) = ST(0) * ST(1) fdiv ; ST(0) = ST(0) / ST(1) ; 存储 fstp qword [result] ; result = ST(0), 弹出 ; 常量 fldz ; ST(0) = 0.0 fld1 ; ST(0) = 1.0 fldpi ; ST(0) = π

2. SSE指令

2.1 SSE寄存器

XMM0 - XMM7 (x86) XMM0 - XMM15 (x64) 每个128位，可存储： - 4个单精度浮点数 - 2个双精度浮点数 - 16个字节

2.2 基本SSE指令

section .data align 16 val1 dd 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 val2 dd 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 section .text ; 加载 movaps xmm0, [val1] ; 加载4个float movaps xmm1, [val2] ; 运算（打包，4个同时） addps xmm0, xmm1 ; 4个float相加 mulps xmm0, xmm1 ; 4个float相乘 ; 标量运算 movss xmm0, [val1] ; 加载1个float addss xmm0, [val2] ; 1个float相加 ; 存储 movaps [result], xmm0

2.3 SSE2双精度

movapd xmm0, [dval1] ; 2个double addpd xmm0, [dval2] movsd xmm0, [dval1] ; 1个double addsd xmm0, [dval2]

3. AVX指令

; AVX使用256位YMM寄存器 vmovaps ymm0, [data] ; 8个float vaddps ymm0, ymm0, ymm1 ; 8个float相加 ; AVX-512使用512位ZMM寄存器

4. 浮点比较

; SSE比较 comiss xmm0, xmm1 ; 比较单精度 comisd xmm0, xmm1 ; 比较双精度 ; 设置EFLAGS ja greater ; 无符号比较后跳转

5. 小结

[x87 FPU] 1. ST(0)-ST(7)栈结构 2. fld加载，fstp存储 3. fadd/fsub/fmul/fdiv [SSE] 4. XMM寄存器128位 5. 打包操作(*ps) 6. 标量操作(*ss) [AVX] 7. YMM寄存器256位 8. 更高性能

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