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Assembly MMX

From UIC Archive

Assembly MMX

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Assembly MMX
Author: Pn
Email: Pnmail.png
Website: No Site
Date: 03/11/2007 (dd/mm/yyyy)
Level: Some skills are required
Language: Italian Flag Italian.gif
Comments: I'm back!!!



Link e Riferimenti

Manuali Intel
MASM Programmer's Guide
Masm 9


Essay

Col Pentium II sono state introdotte delle estensioni all'architettura del processore: MMX e SSE, che permettono di effettuare le operazioni SIMD (single-instruction multiple-data).
Ognuna di queste estensioni fornisce un gruppo di istruzioni, che operano tramite i packed integer ed i packed floating point, usando i registri MMX (a 64bit) o quelli XMM (a 128bit).


SIMD Execution Model

Il modello SIMD velocizza di molto le performance del software, permettendo di operare su diversi dati in parallelo con una sola istruzione.

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Packed Data Types

I Packed Data Type sono di due tip: 64 e 128 bit, e sono la versione digitale dei vettori.

64bit Packed Data Types

I 64-bit packed SIMD data types sono stati introdotti con la tecnologia MMX. I tipi fondamentali sono: packed byte, packed word, packed dword e possono contenere soltanto valori integer.

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128bit Packed Data Types

I 128-bit packed SIMD data types sono stati introdotti con la tecnologia XMM. I tipi fondamentali sono: packed byte, packed word, packed dword e packed qword. Questo tipo di packed possono contenere valori integer o a virgola mobile(floating point)

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MMX Technology

La tecnologia MMX ha introdotto il concetto di operazioni SIMD , i packed data types, e poi l' ambiente MMX .

MMX registers

L'ambiente MMX implementa otto registri da 64bit, utilizzati per effettuare operazioni sui packed data.
I registri MMX sono "contenuti" nei registri della FPU, in effetti, si agisce fisicamente sui i registri della FPU, l'immagine chiarisce meglio questo concetto.

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E' possibile accedere ai registri con modalità a 32bit ed a 64bit.
In entrambe le modalità d'accesso alla memoria, i registri svolgono le seguenti operazioni:

  • Accesso alla memoria secondo la codifica little indian
  • Trasferimento dati da un registro MMX all'altro
  • Istruzioni per unpack/pack


Saturazione e wraparound modes

Quando si esegue un' operazione aritmetica, essa può risultare fuori range, es: sommando due word, si può ottenere un overflow se il risultato è maggiore di 16bit.
Per ovviare a ciò MMX implementa due tecniche:

  • Wraparound: con questa tecnica il risultato è truccato: il carry o l'overflow bit è ignorato e solo l'ultimo bit significativo del risultato è ritornato alla destinazione.
  • Signed and Unsegned Saturation: il risultato è limitato alla grandezza del packed data operante: se l'addizione tra due word packed è maggiore di 16bit, il risultato è saturato(per i signed) a 7FFF, se avviene un positive overflow, o 8000, se avviene un negative overflow o è un'operazione unsigned.

MMX instructions

Ecco a voi una tabella contenente le istruzioni supportate dalla tecnologia MMX

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  • EMMS: quest'istruzione svuota lo stato dell'ambiente MMX settando a 11B il FPU tag word. Quest'istruzione deve essere inserita alla fine di ogni blocco di codice che utilizzi le istruzioni MMX, prima di eseguire codice per la FPU.
  • Arithmetic Instructions:
    • PADDB/PADDW/PADDD: sono le istruzione per l'addizione dei packed data considerandoli come vettori di byte/word/dword
    • PSUBB/PSUBW/PSUBD: solo le istruzioni per la sottrazione dei packed data.
    • PADDUSB/PADDSW: aggiunge i packed data, considerati come numeri con segno(byte e word), usando la signed saturation.
    • PSUBSB/PSUBSW: come sopra, solo che queste istruzioni vengono usate per effettuare la sottrazione
    • PADDUSB/PADDUSW: aggiunge i packed data, considerandoli come numeri senza segno(byte e word), usando l'unsigned saturation.
    • PSUBSUB/PSUBUSW: come sopra ma utilizzati per la sottrazione.
    • PMULHW/PMULHUW: moltiplica due packed signed/unsigned word e salva i 16bit più alti, dal bit 31 al 16, dei 32bit risultanti della moltiplicazione.
    • PMADDWD: Moltiplica ed aggiunge due packed word integer: per farla breve:
      None
  • Comparison Instructions:
    • PCMPEQB: Compare packed bytes for equal
    • PCMPEQW: Compare packed words for equal
    • PCMPEQD: Compare packed doublewords for equal
    • PCMPGTB: Compare packed signed byte integers for greater than
    • PCMPGTW: Compare packed signed word integers for greater than
    • PCMPGTD: Compare packed signed doubleword integers for greater than
  • Logical Instructions:
    • PAND: bitwise logical AND
    • PANDS: bitwise logical AND NOT
    • POR: bitwise logical OR
    • PXOR: bitwise logical XOR
  • Shift and Rotate Instructions:
    • PSLLW: shift packed words left logical
    • PSLLD: shift packed dwords left logical
    • PSLLQ: shift packed qwords left logical
    • PSRLW: shift packed words right logical
    • PSRLD: shift packed dwords right logical
    • PSRLQ: shift packed qwords right logical
    • PSRAW: shift packed words right arithmetic
    • PSRAD: shift packed dwords right arithmetic
  • Coversion istructions: Le istruzioni PACKSSWB (pack word in byte con signed saturation), PACKSSDW (pack dword in word con signed saturation) e PACKUSWB (pack word in byte con l'unsigned saturation): sono delle istruzioni di conversione. Per comprendere meglio questo tipo d' istruzioni guardate quest'immagine:
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  • Unpack istructions: Le istruzioni di unpack sono di due tipi: quelle che operano sui High Data e quelli sui Low Data:
    • High Data: estraggono ed intervallano gli high-order data element (prende dalla parte superiore del registro i byte/word/dword/qword) dalla sorgente e dal destinatario nel registro del destinatario.
      None
    • Low data: come sopra, solo che operano sui low data (la parte inferiore del registro)
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Per approfondire le altre istruzioni vi rimando ai manuali intel volume 1 e 2.

Example

Ora mostro un semplice programma che effettua delle operazioni sui vettori (secondo voi i packed data cosa sono ;).

Codice per MASM/x86 .686 .MMX .model flat, stdcall

include windows.inc include kernel32.inc include user32.inc includelib kernel32.lib includelib user32.lib

.data r1 dw 0,0,-2,712 ;array di word r2 dw 0,2,4,-10 r3 dw 0,2,4,5

Titolo db "ciao",0 Testo1 db "minore",0 Testo2 db "maggiore",0

.code Main:

       ;verifico che il processore supporti MMX
       mov eax, 1
       cpuid
       test edx, 0800000h 
       jz exit

movq MM0, qword ptr [r1] ;copio tre qword nei registri MMX movq mm1, qword ptr[r2] movq mm2, qword ptr[r3]; rappresentato come 0005 0004 0002 0000, secondo codifica little indian paddsb mm0, mm1  ;addiziono due vettori psubsb mm2,mm0  ;sottraggo due vettori movq qword ptr[r1],mm0 pcmpeqb mm0, mm1  ;faccio una comparazione jb minor invoke MessageBox, NULL, OFFSET Testo2,OFFSET Titolo, 0 jmp exit minor: invoke MessageBox, NULL, OFFSET Testo1, OFFSET Titolo, 0 exit: emms  ;è d'obbligo invoke ExitProcess, NULL


end Main

Codice per ml64/x64 extrn MessageBoxA : proc extrn ExitProcess : proc

.data

       r1 dw 0,0,-2,712 ;array di word
       r2 dw 0,2,4,-10  
       r3 dw 0,2,4,-5
      
       Titolo db "ciao",0
       Testo1 db "minore",0   
       Testo2 db "maggiore",0

.code

       Main proc
       sub rsp, 28h
       
       ;verifico che il processore supporti MMX
       mov eax, 1
       cpuid
       test edx, 0800000h
       jz exit
       movq MM0, qword ptr [r1] ;copio tre qword nei registri MMX
       movq mm1, qword ptr[r2]
       movq mm2, qword ptr[r3]
       paddsb mm0, mm1  ;addiziono due vettori
       psubsb mm2,mm0   ;sottraggo due vettori
       movq qword ptr[r1],mm0
       pcmpeqb mm0, mm1  ;faccio una comparazione
       jb minor
       xor r9, r9
       lea r8, Titolo
       lea rdx, Testo2
       xor rcx, rcx
       call MessageBoxA
       jmp exit

minor:

       xor r9, r9
       lea r8, Titolo
       lea rdx, Testo1
       xor rcx, rcx
       call MessageBoxA     

exit:

       emms  ; e' d'obbligo
       xor rcx, rcx
       call ExitProcess
      
       Main endp

end

SSE Technology

Vi rimando all'ottimo tutorial di MrCode =)



Note Finali

Ora voglio vedere un sacco di crackme che implementino i sistemi lineari =)

Pn =)


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