Форум на Исходниках.RU

Форум на Исходниках.RU https://forum.sources.ru Форум на Исходниках.RU Форум на Исходниках.RU https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919635 Sat, 22 Mar 2025 09:24:46 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919635 Цитата Jin X @ 21.03.25, 16:08

Majestio, зачем тебе MMX? Чисто из исторического интереса?

Ага.

Цитата Jin X @ 21.03.25, 16:08

Вычёркиваем! :lol:]]> Majestio Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919632 Fri, 21 Mar 2025 16:08:09 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919632 Majestio, зачем тебе MMX? Чисто из исторического интереса?
Сейчас SSE2 есть ну прям везде. На компах 20-25-летней давности (начиная с Pentium 4).
Они шире в 2 раза, чем MMX, есть возможность работать с float'ами/double'ами (помимо int'ов).
Про AVX/FMA уж не буду, можно ещё встретить старые компы/ноуты/нетбуки (или какие-нибудь более-менее современные Atom/Celeron/Pentium'ы), в которых этого нет.

Добавлено 21.03.25, 16:22

Цитата Majestio @ 19.03.25, 16:54

Это означает, что при выполнении MMX-инструкций (они же 3DNow!-инструкции)

3DNow! особо не имеет отношения к MMX, это типа AMD-шное расширение MMX'а, но это не MMX.
Это всё равно, что говорить, что расширение AES или SHA – это SSE или AVX, потому что они используют те же регистры :-?]]> Jin X Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919517 Thu, 20 Mar 2025 08:52:23 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919517 Majestio Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919502 Thu, 20 Mar 2025 07:58:50 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919502 Цитата Majestio @ 20.03.25, 06:38

Попутно вопрос ... Допустим мы использовали инструкции MMХ, а затем мы решили использовать инструкции, использующие ST* (первый раз с начала исполнения).

Что мы должны сделать:

Хватит просто EMMS
Нужно только FINIT
Нужно EMMS, а потом FINIT
Что-то другое

Собственно, в этом вопрос.

Для ответа на это не надо читать других источников, кроме документации на процессор
__________________________20250320_115723.png (, : 81)

Добавлено 20.03.25, 08:00
Достаточно EMMS]]> macomics Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919492 Thu, 20 Mar 2025 06:38:45 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919492 Цитата Qraizer @ 19.03.25, 18:08

Перед использованием MMX никаких специфических действий не требуется. "Перевод" FPU в режим MMX осуществляется автоматически на первой же MMX инструкции. При этом тэги выставляются не обязательно в NaN/inf, нули распознаются корректно. Только лишь после использования MMX для перевода в "нормальный" режим нужна EMMS.

Скрытый текст

Это было в моей статье:

Цитата

Основные моменты: MMX и x87 разделяют одни и те же регистры; смешанное использование без очистки приводит к конфликтам; после блока MMX-команд всегда нужно выполнять EMMS (а при необходимости — FINIT) перед возобновлением работы с FPU. Это гарантирует корректность результатов и стабильность работы приложения.

Это правильно?

]]> Majestio Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919482 Thu, 20 Mar 2025 05:53:08 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919482 Цитата macomics @ 19.03.25, 20:12

Иногда возникают ситуации, когда не нужно балансировать push и pop.

Ну это triks за счет leave ;) Но, в общем случае, pop все же нужен.]]> Majestio Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919477 Wed, 19 Mar 2025 20:12:16 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919477 Цитата Majestio @ 19.03.25, 20:03

Ну тут бы я готов поверить... Но что-то чуйка меня "тормозит". Просто логика подсказывает: после того как "положил" - достань! Стек - это "алгоритм/механизм". Или ты должен 1) "сам достать" или это 2) "достают за тебя". Я предположил, что это "достают за тебя" (п.2) в следствии простого убиения процесса и аллоцируемой им памяти. С предоставленной тобой ссылкой ознакомлюсь завтро - сення не хочу портить себе настрой, если я не прав

Это логика работы объектов, а не процессора. У процессора стек это просто область памяти и указатель на вершину. Его можно двигать как напрямую через add/sub/lea так и спец командами push/pop. Иногда возникают ситуации, когда не нужно балансировать push и pop. Например

proc:

push rbp ; положили в стек 8 байт со значением из rbp

mov rbp, rsp ; изменили значение в rbp на значение из rsp

sub rsp, 32 ; изменили указатель стека еще на 32 байта, выделив место для локальных переменных

fldpi

fstp qword [rbp - 10] ; обращение к адресу кратному не 8 для записи числа длиной 8 байт (для FPU это не критично)

movdqa xmm3, [rbp - 20] ; а вот тут уже будет ошибка

movdqu [rbp - 21], xmm3 ; тут ошибки не будет

leave ; а вот хитрая команда. Он делает две инструкции разом: mov rsp, rbp и pop rbp (но это для однократной вложенности)

retn ; после leave стек сбалансирован и не понадобилось запоминать количество байт для локальных переменных.

Посмотрите как работают связка enter N,M и leave. Особенно интересно когда M > 0]]> macomics Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919476 Wed, 19 Mar 2025 20:03:56 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919476 Цитата macomics @ 19.03.25, 19:50

Нет. Не нужно ничего из стека вытаскивать.

Ну тут бы я готов поверить... :lol: Но что-то чуйка меня "тормозит". Просто логика подсказывает: после того как "положил" - достань! Стек - это "алгоритм/механизм". Или ты должен 1) "сам достать" или это 2) "достают за тебя". Я предположил, что это "достают за тебя" (п.2) в следствии простого убиения процесса и аллоцируемой им памяти. С предоставленной тобой ссылкой ознакомлюсь завтро - сення не хочу портить себе настрой, если я не прав :lol:]]> Majestio Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919475 Wed, 19 Mar 2025 19:50:03 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919475 Цитата Majestio @ 19.03.25, 19:39

Нет. Не нужно ничего из стека вытаскивать.

Тут все просто. Это инфа из MSDN
Оттого, что Windows активно использует стековую память для работы с xmm регистрами и командами обращения с выровненной памятью, то перед вызовом функции значение в rsp должно быть выровнено на 16. После вызова оно опять не выровнено (команда call записала в стек 8 байт - адрес возврата), но после push rbp/mov rbp, rsp оно опять выровнено (записано еще 8 байт - значение rbp и всего это будет 16 байт). Так вот на метку start вашей программы из ntdll будет команда call rax (или видел в некоторых версиях call qword [var]). Это сбивает значение rsp на метке start до не выровненного на 16 и push rax просто все исправляет.

Хотя при выделении локальных переменных все точно так же. Надо поддерживать значение в rsp кратное 16.
Если этого не делать, тогда в винде есть куча movdqa, из-за которых возникает исключение обращения к не выровненному адресу. В случае с ExitProcess сообщения с ошибкой может и не успеть появиться, но вот звук его появления MB_ICONERROR вы услышите.

Даже если заглянуть в макросы к fasm можно найти в PROC64.INC

macro prologuedef procname,flag,parmbytes,localbytes,reglist

{ local loc,fill,counter

loc = (localbytes+15) and (not 15) ; Поддержание выровненного значение в rsp

parmbase@proc equ rbp+16

localbase@proc equ rbp-loc

]]> macomics Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919474 Wed, 19 Mar 2025 19:39:10 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919474 Qraizer и macomics, очень прошу привести пруфы, откуда ваша инфа! Это не прецедент "недоверия", мне нужно просто ознакомиться с тем что знаете вы, и чего не знаю я! ;)

Цитата Qraizer @ 19.03.25, 18:08

Откуда инфа?

Цитата macomics @ 19.03.25, 18:54

Для числа PI есть fldpi

Ну ... не очень существенно, но полезно. Записываю! ;)

Другой вопрос...

Цитата macomics @ 19.03.25, 18:54

start: push rax ; чтобы выровнять стек на 16 после call из ntdll. Хотя тут это не критично, но может падать в ExitProcess без выравнивания стека.

Немного прокачал тему. Зацени - всё ли правильно?

Цитата

В 64-битных системах (x86-64) существует требование к выравниванию стека на 16 байт перед вызовом функций. Это связано с соглашениями о вызовах (calling conventions), которые используются в Windows (Microsoft x64 calling convention) и других системах. Как оказалось потом и в Linux, MacOSX, FreeBSD (мне интересных, дальше не смотрел)

Но рекомендуют чуть полнее, просто чтобы не забыть:

start:

push rax ; Выравниваем стек на 16 байт

; Ваш код

pop rax ; Восстанавливаем значение rax (если нужно)

; Тут код завершение программы

Ну, т.е. ты забыл выкинуть из стека по выходу raх. Хотя, думаю, это не только не важно, но и не нужно - ибо по завершении процесса вся им аллоцируемая память уничтожается. Смысл тогда?]]> Majestio Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919473 Wed, 19 Mar 2025 18:54:13 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919473 Цитата Majestio @ 19.03.25, 16:54

start:

Цитата Majestio @ 19.03.25, 16:54

fld qword [fp_value] ; ST0 = 3.14

Для числа PI есть fldpi]]> macomics Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919472 Wed, 19 Mar 2025 18:08:11 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919472 Qraizer Assembler https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919469 Wed, 19 Mar 2025 16:54:16 +0000 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов https://forum.sources.ru/index.php?showtopic=458534&view=findpost&p=3919469 MMX и x87 FPU - общие регистры и переключение режимов

MMX-регистры (MM0–MM7) используют те же физические регистры, что и FPU-регистры (ST0–ST7) в сопроцессоре x87. Это означает, что при выполнении MMX-инструкций данные в регистрах FPU могут быть перезаписаны – и наоборот. Ниже разберём, как именно организовано такое перекрытие, какие возникают конфликты при смешанном использовании, и как правильно переключаться между режимами с помощью инструкций FINIT и EMMS.

user posted image

Восьмеричный стек 80-битных регистров x87 FPU (ST0–ST7) с отображением регистров MMX (MM0–MM7) на их младшие 64 бита. Верхние 16 бит каждого FPU-регистра (область экспоненты) при работе MMX помечаются как 1, формируя специальное значение (NaN/∞)

Общий регистровый файл (MMX поверх FPU)

Архитектурно восемь 64-разрядных регистров MMX являются алиасами (логическими копиями) восьми 80-разрядных регистров FPU.
Процессор не вводит отдельного физического хранилища для MMX: вместо этого нижние 64 бита каждого регистра сопроцессора x87 (часть мантиссы) используются для хранения данных MMX, а верхние 16 бит остаются зарезервированы (и устанавливаются равными 1 при записи MMX-данных).Таким образом, запись значения в регистр MMX автоматически заносит его в соответствующий FPU-регистр, и наоборот – загрузка числа в стек FPU приводит к появлению этого значения (его 64-битной части) в связном MMX-регистре. Такое решение было принято Intel по соображениям совместимости: новые MMX-регистры “наложили” на существующие FPU-регистры, чтобы не нарушить механизмы сохранения/восстановления контекста в операционных системах. Проще говоря, раз ОС уже умела сохранять состояние FPU (например, при переключении задач), то дополнительного кода под MMX не потребовалось – состояние MMX сохраняется и загружается вместе с FPU благодаря общим физическим регистрам.

Конфликт при смешанном использовании MMX и FPU

Из-за общих регистров невозможно одновременно полноценно пользоваться инструкциями x87 FPU и MMX. Любая операция с плавающим стеком FPU может затереть содержимое MMX-регистров, и наоборот – выполнение MMX-инструкций меняет состояние тех же регистров, что ожидаются FPU. Когда выполняются MMX-инструкции, FPU “видит” что его регистры заняты нестандартными данными. Аппаратно это реализовано так: при любой операции MMX сопроцессор помечает все восемь FPU-регистров как занятые действительными значениями (их тэги устанавливаются в 00b). Более того, верхние биты (экспоненты) каждого затронутого регистра устанавливаются в 1 (получается битовая маска, соответствующая NaN или бесконечности). В результате, если сразу после MMX попытаться выполнить обычную FPU-инструкцию без очистки, сопроцессор воспримет содержимое как некорректные числа с плавающей точкой. Это может привести к ошибкам, неожиданным результатам или исключениям (наподобие #MF – FPU Floating-Point Error). Проще говоря, смешивание FPU и MMX без специальной очистки состояния приводит к конфликту из-за неверного интерпретирования данных. Практическое следствие: чтобы избежать постоянно возникающего конфликта, программы обычно разделяют использование MMX и x87 на разные участки времени. Например, сначала выполняются все необходимые вычисления в формате с плавающей запятой, затем результат преобразуется и обрабатывается MMX-инструкциями (или наоборот). Одновременное чередование инструкций FPU и MMX нежелательно: во-первых, оно требует постоянного переключения контекста (что само по себе имеет накладные расходы по времени); во-вторых, повышает риск ошибки при неверной последовательности команд.

Инструкции FINIT и EMMS для очистки состояния

Чтобы корректно переключиться между использованием MMX и FPU, архитектура x86 предоставляет специальные инструкции для сброса состояния:

Правильное чередование MMX и FPU: Всегда завершавайте блок MMX-кода инструкцией EMMS перед возвратом к вещественным вычислениям. Если до этого на FPU выполнялись вычисления и важны его настройки (режим округления, флаги и т.д.), может потребоваться FINIT или сохранение/восстановление состояния FPU. Но в большинстве случаев для переключения обратно на FPU достаточно выполнить EMMS, после чего можно безопасно использовать инструкции x87. Пренебрежение этой инструкцией рано или поздно приводит к сбоям: например, стандартная библиотека языка Си, обнаружив неочищенное MMX-состояние при попытке выполнить printf с форматированием %f, может аварийно завершить программу.

Производительность и современные альтернативы

Стоит отметить, что переключение между режимами FPU и MMX влечёт за собой ощутимые накладные расходы. Выполнение EMMS/FINIT и связанная очистка тегов — сравнительно медленная операция. По этой причине высокопроизводительное ПО старалось группировать однородные вычисления: например, все MMX-операции выполнять подряд, отложив использование FPU до тех пор, пока это возможно. В современных x86-64 системах проблема смешанного использования частично утратила актуальность: начиная с SSE2, SIMD-расширения получили независимые регистровые файлы (XMM, YMM и т.д.), не связанные с x87 FPU. Это позволяет свободно сочетать векторные операции с плавающей запятой без необходимости сбрасывать состояние сопроцессора после каждой серии команд. Однако понимание устройства MMX и x87 важно при работе с наследуемым кодом и низкоуровневыми оптимизациями.

Вывод: Регистры MMX и x87 FPU фактически являются двумя представлениями одного и того же набора физических регистров. Выполнение операций в одном режиме неизбежно воздействует на другой, поэтому необходимо явно разграничивать использование MMX и FPU. Инструкция EMMS служит основным инструментом для такого разграничения, освобождая регистры после MMX-вычислений, а FINIT при необходимости возвращает сопроцессор в начальное состояние. Соблюдение этих правил позволяет избегать ошибок и эффективно использовать возможности процессора.

Основные моменты: MMX и x87 разделяют одни и те же регистры; смешанное использование без очистки приводит к конфликтам; после блока MMX-команд всегда нужно выполнять EMMS (а при необходимости — FINIT) перед возобновлением работы с FPU. Это гарантирует корректность результатов и стабильность работы приложения.

Пример кода на fasm

format PE64 console

entry start

include 'win64a.inc'

section '.data' data readable writeable

fp_value dq 3.14 ; Пример значения с плавающей точкой (double)

mm_value dq 12345678h ; Пример значения для MMX

section '.code' code readable executable

start:

; Инициализация FPU

finit ; Инициализируем FPU (сбрасываем регистры и настройки)

; Загружаем значение в ST0

fld qword [fp_value] ; ST0 = 3.14

; Выполняем операции с ST0

fadd st0, st0 ; ST0 = ST0 + ST0 (3.14 + 3.14 = 6.28)

; Сохраняем ST0 в память, чтобы освободить регистр

fstp qword [fp_value] ; Сохраняем ST0 в память и освобождаем ST0

; Очистка состояния MMX перед использованием MMX-регистров

emms ; Очищаем состояние MMX (переводим FPU в обычный режим)

; Загружаем значение в MM0

movq mm0, [mm_value] ; MM0 = 12345678h

; Выполняем операции с MM0

paddb mm0, mm0 ; MM0 = MM0 + MM0 (по байтам)

; Сохраняем MM0 в память, чтобы освободить регистр

movq [mm_value], mm0 ; Сохраняем MM0 в память

; Очистка состояния MMX после использования MMX-регистров

emms ; Очищаем состояние MMX (переводим FPU в обычный режим)

; Восстанавливаем ST0 из памяти

fld qword [fp_value] ; ST0 = 6.28

; Выполняем еще операции с ST0

fsqrt ; ST0 = sqrt(ST0) (sqrt(6.28) ≈ 2.506)

; Сохраняем ST0 в память, чтобы освободить регистр

fstp qword [fp_value] ; Сохраняем ST0 в память и освобождаем ST0

; Очистка состояния MMX перед использованием MMX-регистров

emms ; Очищаем состояние MMX (переводим FPU в обычный режим)

; Восстанавливаем MM0 из памяти

movq mm0, [mm_value] ; MM0 = 12345678h + 12345678h (по байтам)

; Очистка состояния MMX после использования MMX-регистров

emms ; Очищаем состояние MMX (переводим FPU в обычный режим)

; Завершение программы

invoke ExitProcess, 0

section '.idata' import data readable writeable

library kernel32, 'kernel32.dll'

import kernel32, ExitProcess, 'ExitProcess'

]]> Majestio Assembler