關於Intel處理器架構中AVX2裡Gather特性的說明

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在Intel Haswell架構裡引入了Gather特性。它使得CPU可以使用向量索引儲存空間編址從儲存空間取非連續的資料元素。這些gather指令引入了一種新的儲存空間定址形式，該形式由一個基地址寄存器（仍然是通用目的寄存器）和通過一個向量寄存器（XMM或YMM）所指定的多個索引構成。資料元素大小支援32位與64位，並且資料類型支援浮點型和整型。

我們先回顧一下普通的x86定址方式：[<base register> + <index register> * <scale> + <offset>]

在AT&T形式下表達為：<offset>(<base register>, <index register>, <scale>)

其中，<base register>為基地址寄存器；<index register>為索引寄存器；<scale>為刻度因子，它是一個立即數，並僅支援0，1，2，4，8這幾個值；<offset>表示位移量，它是一個立即數。

那麼下面我們就先來談談上面所提到的向量儲存空間定址。

向量SIB（VSIB）儲存空間定址

在AVX2中，跟在ModR/M位元組後面的SIB（S表示Scale；I表示Index；B表示Base）位元組可以支援對一組線性地址的VSIB儲存空間定址。VSIB定址僅在AVX2指令的子集中支援。VSIB儲存空間定址要求32位或64位的有效定址。在32位元模式下，當地址大小屬性被重載為16位時，VSIB定址不被支援。在16位保護模式下，VSIB定址是被允許的，若地址大小屬性被重載為32位的話。此外，VSIB儲存空間定址僅伴隨VEX首碼而被支援。

在VSIB儲存空間定址中，SIB位元組由以下部分組成：

●  刻度域（位7:6）指定了刻度因子。

●  索引域（位5:3）指定了向量索引寄存器的寄存器編號，該向量儲存空間中的每個元素都指定了一個索引。

●  基地址域（位2:0）指定了基地址寄存器的編號。

比如：

vgatherdpd    %xmm0, 128(%rdi, %xmm2, 4), %xmm3

上述指令中，基地址寄存器為RDI，索引寄存器為XMM2，刻度因子是4，位移量是128。而指令vgatherdpd是將索引寄存器的元素作為雙字（即4位元組）進行劃分，然後乘上刻度因子後加到基地址上。而位移量則作用於每個基地址元素。

下面我們將提供一個比較完整的範例程式碼來描述VGATHERDPD指令。

先看彙編指令：

_InstTest:    // 設定索引寄存器的每個元素    mov     $4, %eax    // 前一個索引為4    movd    %eax, %xmm2    mov     $8, %eax    // 後一個索引為8    pinsrd  $1, %eax, %xmm2    // 將兩個double元素的mask全都置1    mov     $0xffffffffffffffff, %rax    movq    %rax, %xmm0    punpcklqdq  %xmm0, %xmm0    vgatherdpd    %xmm0, 8(%rdi, %xmm2, 2), %xmm3    ret

這裡，rdi寄存器作為第一個輸入參數，存放了基地址。

下面是C函數的調用：

int main(void){        extern void InstTest(void *p);        unsigned __attribute__((aligned(64))) buffer[] = { 0x01020304, 0x05060708, 0x090a0b0c, 0x10121314, 0x15161718, 0x191a1b1c, 0x20212223, 0x24252627 };        InstTest(buffer);    return 0;}

我們通過在return 0;這條語句設定斷點，然後通過lldb調試器可以發現XMM3寄存器的最後內容為：

xmm3 = {0x18 0x17 0x16 0x15 0x1c 0x1b 0x1a 0x19 0x23 0x22 0x21 0x20 0x27 0x26 0x25 0x24}

。

以上代碼的編譯環境為：OS X 10.9.3, Xcode 5.1, Apple LLVM 5.1

運行環境為：MacBook Air 2013版，Intel Core i7 4650U, 8GB DDR3。