■ MMX技術 ■
前回はデータを加工するプログラムを作成してみました。
そして、そのプログラムを少しだけ効率良くする為に「inc」
命令を使用したのでした。
前回のプログラムをもう１度見てみましょう。
─↓inc.c───────────────────────
#include <stdio.h>
int main(void);
int sub(char*, char*);
int main()
{
int i;
char a[8]={ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};
char b[8]={10,11,12,13,14,15,16,17};
for(i=0;i<8;i++)
{
printf("a[%d]:%d b[%d]:%d\n", i, a[i], i, b[i]);
}
sub(&a[0], &b[0]);
for(i=0;i<8;i++)
{
printf("a[%d]:%d b[%d]:%d\n", i, a[i], i, b[i]);
}
return 0;
}
int sub(char* a, char* b)
{
printf("sub routine called\n");
_asm{
mov edi, a
mov esi, b
mov ecx, 8
LOOP1:
mov al, [edi] ;←データaをレジスタalに移動
mov bl, [esi] ;←データbをレジスタblに移動
add al, bl ;←データa＋データbをalレジスタに格納
mov [edi], al ;←alレジスタをデータaに移動
inc edi ;←データbのアドレスを１加算
inc esi ;←データaのアドレスを１加算
loop LOOP1
}
}
─↑ここまで──────────────────────
上のプログラムはデータbをデータaに加算するプログラムです。
サブ関数内にある「inc edi」という部分は「ediレジスタに１
を加算する」という命令で「add edi, 1」と同じ意味である事
は前回説明しました。そして、「add」命令を使用するよりも
「inc」命令を使用した方が処理が速く行なわれる事も説明し
ました。
今回は、このプログラムをもっと速く処理が行なわれるように
変更を加えていきます。
突然ですが皆さんは「MMX」という言葉を聞いた事があるでし
ょうか？
実は前回作成したプログラムにも、この「MMX」を適用して、
速く処理が行なわれるようにする事が出来ます。
「MMX」というのは、Multi Media eXtensionの略で、画像や音
声等のマルチメディア処理を高速に行なえるように、インテル
が開発した技術の事です。
もう少し具体的に書きます。
今、皆さんが見ている「画面」ありますよね？
ご存知の方も多いと思いますが、この「画面」は、沢山の「点」
が集まって出来ています。
コントロールパネルを開いて「画面」を選択し、「設定」タブ
をクリックすれば画面の解像度を設定する事が出来ます。
「１０２４×７６８」とか「１１５２×８６４」で設定してい
る方も多いのではないでしょうか。
ここで、仮に「１１５２×８６４」の解像度に設定してみたと
しましょう。
これは１つの画面上に、横に１１５２個の点があり、縦に８６
４個の点があるという事になります。
そしてこの「点」１つ１つに対して、プロセッサが「あなたは
何色ね。その横のあなたは何色ね。」と指定してあげる事によ
って、１つの画面が表示される事になります。
１つの画面を表示するのに、１１５２×８６４＝９９万５３２
８回、プロセッサは点に対して色の指定をしてあげているので
す。
大変な作業ですよね？
また、画面をスクロールさせたりしてみると、その度にプロセ
ッサは、「ここの点の色を消して、こっちの点の色を書いてあ
げて・・・。」等とものすごく忙しく働いているのです。
さて、今まで「点」に「色を指定する」と書いてきましたが、
これは具体的にどうやっているのでしょうか？
ディスプレイをパソコンに接続する時に、ディスプレイから出
ているケーブルをパソコンに接続してみた方は多いと思います。
このケーブルの接続先には、「ビデオカード」という機械が入
っており、ディスプレイに対して画面を表示する為の信号を送
っています。
そしてこのカードにはV-RAM(Video Random Access Memory)と
いうメモリが搭載されています。
V-RAMとは、普通にコンピュータ上に搭載されている「メモリ」
（RAM）と基本的に同じ物です。
同じ物なのですが、ビデオカード上に搭載されている為、これ
を区別して「Video Random Access Memory」と呼んでいます。
そして、このV-RAM上にデータを書き込んであげる事が「点」
に「色を指定する」という事と同じ事になります。
つまり、「画面表示を行なう」という事は、ただ単に「メモリ
にデータを書き込んでいる」だけなのです。
と言うことは、今まで作成してきた、データをコピーするプロ
グラムや、データを加工するプログラムの技術は画面表示にお
いてもそのまま使う事が出来ます。
今まで、データをコピーする処理や加工する処理等を作成して
きました。
単純な処理のようですが、使いようによっては、画面に絵を表
示したり、表示されている絵をさまざまに変化させる事も出来
る、立派なマルチメディア処理にもなりえるのです。
ここまで分かって頂けたところでMMX(Multi Media eXtension)
技術の説明です。
先ほども書いたように、MMXというのは、画像や音声等のマル
チメディア処理を高速に行なうように、インテルが開発した技
術の事です。
前回はデータを加工する処理を作成したのですが、説明を分か
りやすくする為に以下に前回作成したサブ関数のループ処理部
分のイメージを示します。
１．データａからレジスタへデータを読み出す。
mov al, [edi] ;←データaをレジスタalに移動
メモリ
┌──┐ ┌───┐
レジスタａｌ│ ０│←─────┤ ０│データａ
└──┘ │ １│
│ ２│
│ ３│
２．データｂからレジスタへデータを読み出す。
mov bl, [esi] ;←データbをレジスタblに移動
メモリ
┌──┐ ┌───┐
レジスタｂｌ│１０│←─────┤ １０│データｂ
└──┘ │ １１│
│ １２│
│ １３│
３．レジスタの値を加算する。
add al, bl ;←データa＋データbをalレジスタに格納
┌──┐
レジスタａｌ│１０│
└──┘
↑
＋
│
┌─┴┐
レジスタｂｌ│１０│
└──┘
４．レジスタからデータａへデータを書き込む。
mov [edi], al ;←alレジスタをデータaに移動
メモリ
┌──┐ ┌───┐
レジスタａｌ│１０├─────→│ １０│データａ
└──┘ │ １│
│ ２│
│ ３│
後はデータａとデータｂのアドレスを１ずつ加算しながら１〜
４までの処理を８回繰り返します。
以上が前回作成した「データを加工する」処理になります。
さて、これまで使用してきた「al」レジスタや「bl」レジスタ
ですが、「al」というのは前にも説明した様にレジスタの１番
小さい大きさの呼び方です。
「al」レジスタというのは「eax」レジスタの８ビットの大き
さの呼び方なのです。
３２ビットの大きさの時は「eax」レジスタと呼び、１６ビッ
トの大きさの時は「ax」レジスタと呼び、８ビットの大きさの
時は「ah」「al」レジスタという呼び方をします。
以下に「eax」レジスタを３２ビット、１６ビット、８ビット
それぞれの大きさで扱う時のイメージを示します。
EAX(32BIT)
┌───────────┐
│ AX(16BIT) │
┌─────┐
│ │
┌─────┬──┬──┐
│ │ AH │ AL │
└─────┴──┴──┘
レジスタというのは、実際には上の様なイメージとなっていま
す。
ここまでは以前にもこの講座で説明しました。
しかし、データを加工するプログラムを見てもらえると分かる
ように、「al」レジスタや「bl」レジスタ等、１番小さい部分
しか使っていません。
レジスタ
┌────────────┐
│ ０│
└────────────┘
│ │
└──┘
↑
ここしか使ってない。
という事は、本来使えるはずの左側の部分、残り４分の３は無
駄となってしまっています。
レジスタ
┌────────────┐
│ ０│
└────────────┘
│ │
└─────────┘
↑
使ってない部分
これはもったいない事です。
何故左側の部分が使われないのかというと、「メモリ上にある」
元々のデータが８ビットの大きさしかないからです。
メモリ上のデータが８ビットの大きさしかないので、これをレ
ジスタ上で計算する場合も、やはりレジスタは８ビットの部分
しか使いようがないのです。
勿論、メモリ上のデータが３２ビットの大きさであれば、レジ
スタも３２ビットフルに使う事が出来ます。
しかし意外な事に、画像や音声等のマルチメディア処理では８
ビットのデータを扱う機会が非常に多いです。
（という事はそれだけレジスタの１部分が無駄になってしまう
機会も多いという事です。）
この使われていない、もったいない部分を有効に使う事はでき
ないでしょうか？
そこでインテルの人達は考えました。
もしも、このもったいない部分を有効に使ったらどんな事にな
るだろうか？
そして考えた結果が以下の様なイメージになります。
１．データａからレジスタへデータを読み出す。
レジスタ メモリ
┌────────────┐ ┌───┐
│ ３ ２ １ ０│←─────┤ ０│データａ
└────────────┘ ┌────┤ １│
↑ ↑ ↑ │┌───┤ ２│
│ │ └─────┘│┌──┤ ３│
│ └─────────┘│
└─────────────┘
２．データｂからレジスタへデータを読み出す。
レジスタ メモリ
┌────────────┐ ┌───┐
│ １３ １２ １１ １０│←─────┤ １０│データｂ
└────────────┘ ┌────┤ １１│
↑ ↑ ↑ │┌───┤ １２│
│ │ └─────┘│┌──┤ １３│
│ └─────────┘│
└─────────────┘
３．データａにデータｂの値を加算する。
レジスタ
┌────────────┐
│ １６ １４ １２ １０│
└────────────┘
↑ ↑ ↑ ↑
＋ ＋ ＋ ＋
│ │ │ │
┌──┴──┴──┴──┴┐
│ １３ １２ １１ １０│
└────────────┘
４．レジスタからデータａへデータを書き込む。
レジスタ メモリ
┌────────────┐ ┌───┐
│ １６ １４ １２ １０├─────→│ １０│データａ
└──┬──┬──┬───┘ ┌───→│ １２│
│ │ │ │┌──→│ １４│
│ │ └─────┘│┌─→│ １６│
│ └─────────┘│
└─────────────┘
なんとなく凄いなぁ、と思いませんでした？
このイメージの様な事を行なうと沢山のデータをいっぺんに処
理する事が出来ます。
これでレジスタが無駄になる事はなくなり、全て丸くおさまり
ます。
後は「EAX」レジスタ等にこれらの処理が行なえるように機能
を追加するだけです。
しかし、インテルの人達は「EAX」レジスタ等にはこの処理が
行なえるようにはしませんでした。
何故なのでしょうか？
次回に説明します。