为了帮助广大网友更好的了解浮点运算，以及处理器结构与浮点运算之间的关系，我们服务器在线特别与英特尔公司合作发布了这篇文章，希望大家可以借此加深对浮点运算的相关知识了解。

     本文包括三大部分：第一部分：浮点Q&A。第二部分：浮点运算与英特尔。第三部分：SPECfp_rate_base2006 性能指标评测说明。

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     第一部分：浮点运算Q&A

    什么是浮点数：
 
     要了解什么是浮点数，首先要了解什么是整数。数和计算通常是按“整数”或“浮点数”进行划分的。整数计算使用计算的所有位（如32位）记录整数“值”。而浮点计算则使用计算的一部分位表示“值”（如23位），另一部分位表示指数（8位）。由于一部分位用来表示指数，所以浮点计算得出的值可以比整数计算得出的值大很多或是小很多。换句话说，对于给定数量的位，浮点计算的精度没有整数计算高，但浮点计算结果的范围却比整数计算大很多。
 
     什么是浮点计算精度
 
     采用浮点计算时，您可以确定记录多少个数。例如，“π”的一个相当长的表示是 3.14159 26535 89793 23846 26433 83279 50288 41971 69399 37510。问题是您想/需要记录 π 的几位数？您想让精确度达到多少？
 
     π的上述值是 51 位数。要将 51 位数表示成二进制数，每位数需要 3.32 位（Log (10)/Log(2) = 3.32），总计需要51 * 3.32 = 169 位。这样位数太多。您使用的位数越多，处理器计算的复杂程度就越高，也就需要更多的内存来存储值，计算所用的时间也就越长（和/或将需要更多的晶体管来执行更大的计算）。由于各计算所需精度不同，因此处理器为不同指令提供不同的精度，从而使编程人员可以确定他们所需的精度。精度级别可分为：单精度、双精度和扩展精度。
 
     哪些处理器执行单元用于浮点运算？
 
     大多数人会认为所有的浮点运算都通过处理器中的浮点单元完成。总体说来是这样的，但不是所有的浮点单元都一样，所有的浮点指令也不尽相同。同样，许多人认为所有的SIMD（单指令多数据流）指令都是由SIMD单元完成的。然而事实并非如此。有些SIMD指令执行整数运算，而有些则执行浮点运算。同样，执行浮点运算的SIMD指令使用的执行单元与非SIMD浮点指令（如x87浮点指令）相同。
 
     何谓不同的浮点指令集？
 
     在增加MMX或SSE/SSE2/SSE3指令集之前，x86架构中的所有浮点计算都被认为是x87指令。这意味着他们使用特定的80 x87寄存器堆栈并且是80位扩展精度计算。所有x87指令都有一个源和目标操作数（例如单条指令，单个数据）。
 
     x87寄存器位于堆栈中，而非平面寄存器文件（flat register file）。这意味着，访问x87寄存器要比下述XMM寄存器复杂一些。
 
     采用MMX技术的英特尔®奔腾®处理器中增加了MMX指令。MMX是第一个增加到x86指令集中的SIMD指令。MMX指令是纯整数运算；不过使用的是80位x87寄存器堆栈。
 
     英特尔奔腾III处理器中增加了SSE指令集。SSE增加了支持单精度浮点运算能力的SIMD指令，它使用8个新的XMM128位寄存器（在64位模式中运算时，新的处理器中有16个XMM寄存器），它们被布置在一个平面寄存器文件中（这意味着可随时访问任何寄存器，并且不使用x87寄存器所用的堆栈协议）。增加的SIMD整数运算也是SSE指令集的一部分。x87寄存器无需执行SSE浮点指令，但是执行浮点运算的那些SSE指令仍使用x87指令所使用的浮点执行单元（FP-add、FP-Mul和FP-Div）。这意味着您不能同时执行SSE FP-Multiply和x87 FP-Multiply。
 
     英特尔奔腾4处理器和英特尔至强处理器中增加了SSE2指令。SSE2增加了支持双精度浮点运算能力的SIMD指令，它使用SSE指令所使用的128位XMM寄存器（增加的SIMD整数运算也是SSE2指令集的一部分）。许多新的SSE2指令与原来的MMX指令相似；但是新的SSE2指令能够使用“更加易用”的XMM寄存器，而非“较难用”的x87寄存器堆栈。双精度浮点SSE2指令继续使用x87浮点执行单元。
 
     含超线程（HT）技术的英特尔奔腾4处理器和英特尔至强处理器（例如90纳米Northwood和Prestonia）中增加了SSE3指令。SSE3指令只是增加了几个SSE或SSE2指令集中所没有的较为独特的指令，但并未增加任何重要的新功能。
 
     而在英特尔全线台式机处理器酷睿、酷睿2处理器、移动平台上的迅驰®处理器以及服务器上全新的英特尔至强处理器上采用的酷睿架构中，英特尔在原有的SSE3指令集的基础上新增了SSE优化，包括酷睿2处理器架构加速的SSE, SSE2和SSE3双操作（operations two-fold）。经过优化的架构可以在单时钟周期内执行一条128位SSE, SSE2或SSE3指令。
 
     下一代SSE4指令集将集成在2007年下半年发布的下一代45nm产品中，其中包括代号Nehalem的英特尔第二代酷睿®架构。SSE4增加了50条性能增强指令。这些指令优化矢量编译、媒体、文本和字符串处理以及程序目标加速。