64 SSE數據類型

Question

AMD64架構程序員手冊第1卷：應用程序編程第226個說關於SSE指令：

處理器不前執行指令檢查指令操作數的數據類型。它只在執行時檢查它們。例如，如果處理器執行的算術指令採用雙精度操作數，但通過 MOVx指令提供單精度操作數，則在執行算術運算之前，處理器將首先將操作數從單精度轉換爲精度的兩倍 ，結果是正確的。但是，所需的轉換可能會導致性能下降。

我不明白這一點;我以爲ymm寄存器只包含256位，每個指令根據其預期的操作數來解釋，這取決於你是否存在正確的類型，並且在所描述的場景中，CPU將全速運行並默默給出錯誤的答案。

我錯過了什麼？

Answer 1

的Intel® 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual § 5.1說，關於混合整數/ FP「數據類型」類似（但奇怪的不是單打和雙打）的東西：

當編寫SIMD代碼，整數和浮點數據的工作，使用 SIMD轉換指令或加載/存儲指令的子集來確保XMM寄存器中的輸入操作數包含正確定義的數據類型 以匹配指令。

包含交叉類型用法的代碼序列在不同的實現中產生相同的結果，但會產生顯着的性能損失。使用 SSE/SSE2/SSE3/SSSE3/SSE44.1指令來操作類型不匹配的 XMM寄存器中的SIMD數據是不鼓勵的。

的Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual是simularly混亂：

SSE和SSE2擴展限定上鍵入打包和標量浮點數據類型和在128位 SIMD整數數據類型的操作，但IA-32處理器不要在架構級別強制執行此類輸入。他們只有 在微架構級別執行它。

...

Pentium 4和Intel Xeon處理器執行這些指令而不會產生一個無效操作數異常 （#UD），並會產生在寄存器XMM0預期的結果（即，高和低64每個寄存器的位數 將被視爲雙精度浮點值，處理器將相應地對它們進行操作）。

...

在這個例子中：XORPS或PXOR可代替XORPD的使用，併產生相同的正確的結果。但是，由於操作數數據類型和指令數據類型之間的類型不匹配，由於微體系結構級別的指令的實現，會導致延遲懲罰 。

使用錯誤類型的移動指令也可能導致延遲處罰。例如，MOVAPS和MOVAPD都可用於將打包的單精度操作數從存儲器移動到XMM寄存器。但是，如果使用MOVAPD，則使用 時，如果正確類型的指令嘗試使用寄存器中的數據，則會導致延遲懲罰。

請注意，將數據從XMM寄存器移動到內存時不會發生這些延遲懲罰。

我真的有不知道這意味着什麼是「他們只在微架構層面強制執行」不同的是它表明了不同的「數據類型」是由μ拱區別對待。我有幾個猜測：

• 由於缺乏寄存器，AIUI，x86核通常使用register renaming。也許它們在內部使用不同的寄存器來存放整數/單/雙操作數，以便它們可以更靠近相應的矢量單元。
• 似乎有可能FP編號在內部使用不同的格式表示（例如，使用更大的指數來消除編碼）並且僅在必要時才轉換爲規範位。
• CPU使用「forwarding」或「繞過」，以便執行單元在被後續指令使用之前不必等待數據寫入寄存器，通常可以節省一個或兩個週期。這可能不會發生在整數和FP單位之間。