пустым; очередная команда push поместит новое данное на место сохраненного ранее содержимого АХ, затерев его. Однако пока стек физически не затерт, сохраненными и уже выбранными из него данными можно пользоваться, если помнить, в каком порядке они расположены в стеке. Этот прием часто используется при работе с подпрограммами.

Какого размера должен быть стек? Это зависит от того, насколько интенсивно он используется в программе. Если, например, планируется хранить в стеке массив объемом 10 000 байт, то стек должен быть не меньше этого размера. При этом надо иметь в виду, что в ряде случаев стек автоматически используется системой, в частности, при выполнении команды прерывания int 21h. По этой команде сначала процессор помещает в стек адрес возврата, а затем операционная система отправляет туда же содержимое регистров и другую информацию, относящуюся к прерванной программе. Поэтому, даже если программа совсем не использует стек, он все же должен присутствовать в программе и иметь размер не менее нескольких десятков слов, например, 128 слов.

3.5. Математический сопроцессор

Семейство процессоров IA-32 содержит так называемый модуль операций с ПТ {FPU - Floating-Point Unit), который используется исключительно для быстрого выполнения этого типа операций. В процессорах Intel386 этот блок был реализован в виде отдельной микросхемы математического сопроцессора, которая обозначалась как InteI387. Однако, начиная с процессоров Intel486, математический сопроцессор стал находиться на одном кристалле с основным процессором.

В модуле FPU содержится 8 внутренних регистров для хранения данных с ПТ,

которые называются ST(0), ST(1), ST(2), ST(3), ST(4), ST(5), ST(6) и ST(7). Они образуют стек сопроцессора Остальные регистры, выполняющие функции управления и хранящие указатели, показаны на рисунке.

138

видеоконференций, компьютерные игровые программы и т. д. В результате этого анализа были выявлены основные особенности таких программ:

использование данных целого типа небольшой разрядности, например, 8- разрядные графические пиксели и 16-разрядная оцифровка звука;

короткие циклы с высокими коэффициентами повторяемости;

большое количество операций умножения и суммирования, в том числе изза широкого использования быстрого преобразования Фурье;

применение алгоритмов, требующих интенсивных вычислений;

широкое использование операций с высоким уровнем параллелизма.

Было отмечено, что в мультимедийных приложениях 80% времени выполнения программы приходится на 10-20% программного кода. Малая разрядность данных требует дополнительных действий при их обработке на 32-разрядном микропроцессоре, не позволяя в то же время использовать всю мощь 32-разрядной архитектуры.

Простым и наглядным примером такого рода обработки может служить изменение значений всех пикселей видеопамяти на определенную величину. Пусть емкость видеопамяти составляет 1 Мбайт, а каждый пиксель кодируется 1 байтом. Тогда для выполнения указанного действия потребуется выполнить примерно 1 млн операций по прибавлению константы к однобайтовому операнду, который выбирается из памяти. Одновременное выполнение таких действий над 4 операндами, что сократило бы количество операций в 4 раза, невозможно в классической архитектуре IA-32 из-за отсутствия соответствующих команд в системе команд и форматов используемых данных.

На устранение этих противоречий и были направлены основные усилия разработчиков технологии MMX. Процессор Pentium MMX, в котором впервые была реализована новая технология, был представлен фирмой INTel в январе 1997 года. Он позволил на 10-20 % повысить производительность на стандартных тестах, а для специализированных мультимедийных приложений - на 50 %.

Главной особенностью MMX-технологии является новый принцип обработки информации - обработка по схеме SIMD (Single Instruction Multiple Data) - один поток команд, много потоков данных. Этот вид обработки подразумевает, что с помощью одной команды одна и та же операция выполняется сразу над несколькими операндами, например, производится суммирование нескольких пар слагаемых. Такой подход требует поддержки как со стороны системы команд и форматов данных, так и на аппаратном уровне.

140

определенные трудности. Другими словами, перед каждым использованием команд MMX Вам придется сохранять контекст сопроцессора, а это может весьма замедлить работу программы. Важно отметить также, что команды MMX работают непосредственно с регистрами сопроцессора, а не с указателями на элементы стека.

Важное правило, которое следует соблюдать при совместном использовании математического сопроцессора и MMX-расширения: последней выполняемой командой MMX-расширения должна быть команда EMMS. Дело в том, что все ММХ-команды выполняются в том же режиме, что и команды сопроцессора с плавающей точкой, что вызывает изменения содержимого регистра состояния (swr) сопроцессора. Команда EMMS обеспечивает корректный переход процессора от выполнения фрагмента программного кода с ММХ-командами к обработке обычных команд с плавающей точкой. При этом emms устанавливает значение 1 во всех разрядах регистра состояния. Если фрагмент программы, в,котором есть ММХ-команды, не заканчивается командой emms, то все последующие операции с плавающей точкой будут давать некорректные результаты, о чем сигнализирует исключение Stack overflow.

В систему команд MMX были включены 57 новых инструкций. Их использование было призвано, во-первых, уменьшить время выполнения мультимедийных приложений, а во-вторых, минимизировать конфликты в конвейере, который становился все более многоступенчатым, что приводило к существенным поте-

142