CPU 64位处理器技术详解

caoshangfei

什么是64位技术，64位技术又能为你的电脑带来什么样的提升?简单点来说，随着硬件的升级及电脑计算速率的提升，原有的32位带宽已经满足不了硬件升级的需求，这时候特别需要有一条宽敞的带宽为硬件提供更为宽敞的跑道，以此满足硬件不断升级的需求。

　　这里的64位技术是相对于32位而言的，这个位数指的是CPU GPRs(General-Purpose Registers，通用寄存器)的数据宽度为64位，64位指令集就是运行64位数据的指令，也就是说处理器一次可以运行64bit数据。64bit处理器并非现在才有的，在高端的RISC(Reduced Instruction Set Computing，精简指令集计算机)很早就有64bit处理器了，比如SUN公司的UltraSparc Ⅲ、IBM公司的POWER5、HP公司的Alpha等。

　　64bit计算主要有两大优点:可以进行更大范围的整数运算;可以支持更大的内存。不能因为数字上的变化，而简单的认为64bit处理器的性能是32bit处理器性能的两倍。实际上在32bit应用下，32bit处理器的性能甚至会更强，即使是64bit处理器，目前情况下也是在32bit应用下性能更强。所以要认清64bit处理器的优势，但不可迷信64bit。

　　目前主流CPU使用的64位技术主要有AMD公司的AMD64位技术、Intel公司的EM64T技术、和Intel公司的IA-64技术。其中IA-64是Intel独立开发，不兼容现在的传统的32位计算机，仅用于Itanium(安腾)以及后续产品Itanium 2，一般用户不会涉及到，因此这里仅对AMD64位技术和Intel的EM64T技术做一下简单介绍。

　　AMD64位技术

　　AMD64的位技术是在原始32位X86指令集的基础上加入了X86-64扩展64位X86指令集，使这款芯片在硬件上兼容原来的32位X86 软件，并同时支持X86-64的扩展64位计算，使得这款芯片成为真正的64位X86芯片。这是一个真正的64位的标准，X86-64具有64位的寻址能力。

　　X86-64新增的几组CPU寄存器将提供更快的执行效率。寄存器是CPU内部用来创建和储存CPU运算结果和其它运算结果的地方。标准的32 -bit x86架构包括8个通用寄存器(GPR)，AMD在X86-64中又增加了8组(R8-R9)，将寄存器的数目提高到了16组。X86-64寄存器默认位 64-bit。还增加了8组128-bit XMM寄存器(也叫SSE寄存器，XMM8-XMM15)，将能给单指令多数据流技术(SIMD)运算提供更多的空间，这些128位的寄存器将提供在矢量和标量计算模式下进行128位双精度处理，为3D建模、矢量分析和虚拟现实的实现提供了硬件基础。通过提供了更多的寄存器，按照X86-64标准生产的 CPU可以更有效的处理数据，可以在一个时钟周期中传输更多的信息。

　　EM64T技术

　　Intel官方是给EM64T这样定义的:EM64T全称Extended Memory 64 Technology，即扩展64bit内存技术。EM64T是Intel IA-32架构的扩展，即IA-32e(Intel Architectur-32 extension)。IA-32处理器通过附加EM64T技术，便可在兼容IA-32软件的情况下，允许软件利用更多的内存地址空间，并且允许软件进行 32 bit线性地址写入。EM64T特别强调的是对32 bit和64 bit的兼容性。Intel为新核心增加了8个64 bit GPRs(R8-R15)，并且把原有GRPs全部扩展为64 bit，如前文所述这样可以提高整数运算能力。增加8个128bit SSE寄存器(XMM8-XMM15)，是为了增强多媒体性能，包括对SSE、SSE2和SSE3的支持。

　　Intel为支持EM64T技术的处理器设计了两大模式:传统IA-32模式(legacy IA-32 mode)和IA-32e扩展模式(IA-32e mode)。在支持EM64T技术的处理器内有一个称之为扩展功能激活寄存器(extended feature enable register，IA32_EFER)的部件，其中的Bit10控制着EM64T是否激活。Bit10被称作IA-32e模式有效(IA-32e mode active)或长模式有效(long mode active，LMA)。当LMA=0时，处理器便作为一颗标准的32 bit(IA32)处理器运行在传统IA-32模式;当LMA=1时，EM64T便被激活，处理器会运行在IA-32e扩展模式下。

　　目前AMD方面支持64位技术的CPU有Athlon 64系列、Athlon FX系列和Opteron系列。Intel方面支持64位技术的CPU有使用Nocona核心的Xeon系列、使用Prescott 2M核心的Pentium 4 6系列和使用Prescott 2M核心的P4 EE系列。

charlesc

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dudo

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andy9527

谢了，一直在迷惑。现在渐渐清晰了。