SSE 加速运算例子详解：乘法、加法、平方、最小值、最大值、与操作
2024-06-16 12:51:40
SSE(Streaming SIMD Extensions)是英特尔在AMD的3D Now!发布一年之后，在其计算机芯片Pentium III中引入的指令集，是MMX的超集。AMD后来在Athlon XP中加入了对这个指令集的支持。这个指令集增加了对8个128位寄存器XMM0-XMM7的支持，每个寄存器可以存储4个单精度浮点数。使用这些寄存器的程序必须使用FXSAVE和FXRSTR指令来保持和恢复状态。但是在Pentium III对SSE的实现中，浮点数寄存器又一次被新的指令集占用了，但是这一次切换运算模式不是必要的了，只是SSE和浮点数指令不能同时进入CPU的处理线而已。
库文件说明
#ifndef __METHOD
#define __METHODvoid ScaleValue1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);//乘法
void ScaleValue2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);void Add1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);//加法
void Add2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);void Sqrt1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);//平方
void Sqrt2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);void Min1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);//最小值
void Min2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);//最小值void Max1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);//最小值
void Max2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);//最小值void And1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);//与操作
void And2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale);//与操作#endif#include <xmmintrin.h>
#include <Windows.h>
#include <math.h>void ScaleValue1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)//乘法
{DWORD dwGroupCount = dwCount/4;__m128 e_Scale = _mm_set_ps1(fScale);//设置所有4个值为同一值for (DWORD i=0; i<dwGroupCount; i++){*(__m128*)(pArray + i*4) = _mm_mul_ps( *(__m128*)(pArray + i*4),e_Scale);}
}void ScaleValue2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)
{for (DWORD i =0; i<dwCount; i++){pArray[i] *= fScale;}
}void Add1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)//加法
{DWORD dwGroupCount = dwCount/4;__m128 e_Scale = _mm_set_ps1(fScale);//设置所有4个值为同一值for (DWORD i=0; i<dwGroupCount; i++){*(__m128*)(pArray + i*4) = _mm_add_ps( *(__m128*)(pArray + i*4),e_Scale);}
}void Add2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)
{for (DWORD i =0; i<dwCount; i++){pArray[i] += fScale;}
}void Sqrt1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)//平方
{DWORD dwGroupCount = dwCount/4;__m128 e_Scale = _mm_set_ps1(fScale);//设置所有4个值为同一值for (DWORD i=0; i<dwGroupCount; i++){*(__m128*)(pArray + i*4) = _mm_sqrt_ps(e_Scale);}
}void Sqrt2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)
{for (DWORD i =0; i<dwCount; i++){pArray[i] = sqrt(fScale);}
}void Min1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)//最小值
{DWORD dwGroupCount = dwCount/4;__m128 e_Scale = _mm_set_ps1(fScale);//设置所有4个值为同一值for (DWORD i=0; i<dwGroupCount; i++){*(__m128*)(pArray + i*4) = _mm_min_ps( *(__m128*)(pArray + i*4),e_Scale);}
}void Min2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)
{for (DWORD i =0; i<dwCount; i++){pArray[i] = (pArray[i]>fScale? fScale : pArray[i]);}
}void Max1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)//最大值
{DWORD dwGroupCount = dwCount/4;__m128 e_Scale = _mm_set_ps1(fScale);//设置所有4个值为同一值for (DWORD i=0; i<dwGroupCount; i++){*(__m128*)(pArray + i*4) = _mm_max_ps( *(__m128*)(pArray + i*4),e_Scale);}
}void Max2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)
{for (DWORD i =0; i<dwCount; i++){pArray[i] = (pArray[i]<fScale? fScale : pArray[i]);}
}void And1(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)//与操作
{DWORD dwGroupCount = dwCount/4;__m128 e_Scale = _mm_set_ps1(fScale);//设置所有4个值为同一值for (DWORD i=0; i<dwGroupCount; i++){*(__m128*)(pArray + i*4) = _mm_and_ps( *(__m128*)(pArray + i*4),e_Scale);}
}void And2(float *pArray, DWORD dwCount, float fScale)
{for (DWORD i =0; i<dwCount; i++){pArray[i] = (int)(pArray[i]) & (int)(fScale);}
}采用SSE和不采用SSE的数学计算操作速度对比：
#include <xmmintrin.h>
#include <Windows.h>
#include <iostream>#include "Method.h"using namespace std;#define ARRAYCOUNT 1000#define COUNTSIZE 10000class CTimer
{
public:__forceinline CTimer(void){QueryPerformanceFrequency(&m_Frequency);// 获取时钟周期QueryPerformanceCounter(&m_StartCount);// 获取时钟计数}__forceinline void Reset(void){QueryPerformanceCounter(&m_StartCount);}__forceinline double End(void){QueryPerformanceCounter(&m_EndCount);return ( m_EndCount.QuadPart - m_StartCount.QuadPart )*1000/m_Frequency.QuadPart;}private:LARGE_INTEGER m_Frequency;LARGE_INTEGER m_StartCount;LARGE_INTEGER m_EndCount;
};int __cdecl main()
{float __declspec(align(16))Array[ARRAYCOUNT];//__declspec(align(16))做为数组定义的修释符，这表示该数组是以16字节为边界对齐的，//因为SSE指令只能支持这种格式的内存数据memset(Array, 0, sizeof(float)*ARRAYCOUNT);CTimer t;double dTime;//乘法cout<<"乘法:"<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){ScaleValue1(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){ScaleValue2(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Not Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;//加法cout<<"加法："<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){Add1(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){Add2(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Not Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;//平方cout<<"平方："<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){Sqrt1(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){Sqrt2(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Not Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;//最小值cout<<"最小值："<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){Min1(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){Min2(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Not Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;//最大值cout<<"最大值："<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){Max1(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){Max2(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Not Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;//与操作cout<<"与操作："<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){And1(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;t.Reset();for (int i=0; i<COUNTSIZE; i++){And2(Array, ARRAYCOUNT, 1000.0f);}dTime = t.End();cout<<"Not Use SSE: "<<dTime<<"毫秒"<<endl;system("pause");return 0;}SSE 加速运算例子详解：乘法、加法、平方、最小值、最大值、与操作相关推荐
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