15、并行编程模型：AVX 指令、数据分布与信息交换

并行编程模型：AVX 指令、数据分布与信息交换

1. AVX 指令概述

AVX（Advanced Vector Extensions）指令集为计算提供了强大的支持。与向量计算机相比，AVX 指令的寻址模式和加载操作较为简单，缺乏将非连续内存位置便捷加载到 256 位寄存器的功能。不过，其基本计算方法与向量计算机类似，预计未来的 AVX 扩展将提供更多用于加载特殊寄存器的寻址模式。

执行 AVX 指令时，提供了 16 个 256 位寄存器，标记为 YMM0 到 YMM15。可以使用特殊的加载操作从内存中加载 256 位数据块到这些寄存器。例如，MOVAPD 指令用于加载对齐到 256 位边界的双精度值块，MOVUPD 指令用于加载未对齐的块。YMM 寄存器中存储的数据可以解释为单精度（32 位）或双精度（64 位）浮点值，并且提供了特殊指令对 YMM 寄存器中存储的所有值执行算术运算，如加法、减法、乘法、除法、平方根、最小值、最大值和舍入等。为了兼容，AVX 还支持 SSE 数据类型和 SSE 的非算术运算。

未来的 AVX 扩展已经提出，其中包含对融合乘加（FMA）指令的支持。FMA 指令可以在一个周期内执行 a = a + b · c 形式的操作，操作数 a、b、c 存储在 YMM 寄存器中，FMA 指令将应用于这些寄存器中存储的所有浮点值。例如，VFMADDPD 指令用于双精度浮点值。FMA 操作可用于许多数值计算，如向量的内积或矩阵乘法，可能会显著减少计算时间。

2. 数组的数据分布

许多算法，特别是数值分析和科学计算中的算法，基于向量和矩阵。相应的程序使用一维、二维或更高维数组作为基本数据结构。对于