64位處理器處理器簡述

所謂64位的電腦，就是指這臺電腦使用了64位的CPU，相比較32位的CPU來說，64位CPU最為明顯的變化就是增加了8個64位的通用寄存器，內存尋址能力提高到64位，以及寄存器和指令指針升級到64位等。”

寄存器：為了處理數據，暫時儲存結果，或者做間接尋址等等動作，每個處理器都具備一些內建的內存，這些能夠在不延遲的狀態下存取的內存就稱為寄存器。

32位的處理器為什么會比64位處理器的性能差很多，這其實是一個受虛擬和實際內存尺寸的限制影響。主流的32位處理器在性能執行模式方面存在一個嚴重的缺陷：當面臨大量的數據流時，32位的寄存器和指令集不能及時進行相應的處理運算。”

所謂32位處理器就是一次只能處理32位，也就是4個字節的數據，而64位處理器一次就能處理64位，即8個字節的數據。如果我們將總長128位的指令分別按照16位、32位、64位為單位進行的話：舊的16位處理器，比如Intel 80286 CPU需要8個指令，32位的處理器需要4個指令，而64位處理器則只要兩個指令，顯然，在工作頻率相同的情況下，64位處理器的處理速度會比16位、32位的更快。而且除了運算能力之外，與32位處理器相比，64位處理器的優勢還體現在系統對內存的控制上。由于地址使用的是特殊的整數，而64位處理器的一個ALU(算術邏輯運算器)和寄存器可以處理更大的整數，也就是更大的地址。傳統32位處理器的尋址空間最大為3.2G，使得很多需要大容量內存的數據處理程序在這時都會顯得捉襟見肘，形成了運行效率的瓶頸。而64位的處理器在理論上則可以將近達到1700萬個TB，1TB等于1024GB，1GB等于1024MB，所以64位的處理器能夠徹底解決32位計算系統所遇到的瓶頸現象，速度快人一等，對于那些要求多處理器可擴展性、更大的可尋址內存、視頻/音頻/三維處理或較高計算準確性的應用程序而言，AMD 64處理器可提供卓越的性能。

64位處理器處理器現狀

發展的趨勢是64位所以大部分雙核處理器都是64位的，但是也有32位雙核的處理器比如Yonah Core Duo就是32位雙核處理器但是Core 2 Duo就是64位的處理器。

64位處理器實現條件

要實現真正意義上的64位計算，光有64位的處理器是不行的，還必須得有64位的操作系統以及64位的應用軟件才行，三者缺一不可，缺少其中任何一種要素都是無法實現64位計算的。在64位處理器方面，Intel和AMD兩大處理器廠商都發布了多個系列多種規格的64位處理器;而在操作系統和應用軟件方面，情況不容樂觀。因為就2013年來說，為64位CPU專門設計的應用程序是少之又少的。它的優點在于它可以完全兼容32位應用程序，而且64位在若干年之后必定成為主流。缺點是易用性和通用性不高，一個明顯的例子就是各種硬件設備的驅動程序不完善，而且64位的應用軟件還很少。所以無法使用一些硬件，即使用操作系統自帶的驅動程序勉強運行，性能也會大大的降低。所以如果想體驗64位處理器，最好的選擇是windows 7 或者 windows 8 而 windows XP *64 已經很少有了。

主流技術

有AMD公司的AMD64位技術、Intel公司的EM64T技術、和Intel公司的IA-64技術。其中IA-64是Intel獨立開發，不兼容傳統的32位計算機，僅用于Itanium(安騰)以及后續產品Itanium 2，一般用戶不會涉及到，因此這里僅對AMD64位技術和Intel的EM64T技術做一下簡單介紹。

AMD64位技術

AMD64的位技術是在原始32位X86指令集的基礎上加入了X86-64擴展64位X86指令集，使這款芯片在硬件上兼容原來的32位X86軟件，并同時支持X86-64的擴展64位計算，使得這款芯片成為真正的64位X86芯片。這是一個真正的64位的標準，X86-64具有64位的尋址能力。

X86-64新增的幾組CPU寄存器將提供更快的執行效率。寄存器是CPU內部用來創建和儲存CPU運算結果和其它運算結果的地方。標準的32-bit x86架構包括8個通用寄存器(GPRs)，AMD在X86-64中又增加了8組(R8-R9)，將寄存器的數目提高到了16組。X86-64寄存器默認位64-bit。還增加了8組128-bit XMM寄存器(也叫SSE寄存器，XMM8-XMM15)，將能給單指令多數據流技術(SIMD)運算提供更多的空間，這些128位的寄存器將提供在矢量和標量計算模式下進行128位雙精度處理，為3D建模、矢量分析和虛擬現實的實現提供了硬件基礎。通過提供了更多的寄存器，按照X86-64標準生產的CPU可以更有效的處理數據，可以在一個時鐘周期中傳輸更多的信息。

EM64T技術

Intel官方是給EM64T這樣定義的：EM64T全稱Extended Memory 64 Technology，即擴展64bit內存技術。EM64T是Intel IA-32架構的擴展，即IA-32e(Intel Architectur-32 extension)。IA-32處理器通過附加EM64T技術，便可在兼容IA-32軟件的情況下，允許軟件利用更多的內存地址空間，并且允許軟件進行32 bit線性地址寫入。EM64T特別強調的是對32 bit和64 bit的兼容性。Intel為新核心增加了8個64 bit GPRs(R8-R15)，并且把原有GRPs全部擴展為64 bit，如前文所述這樣可以提高整數運算能力。增加8個128bit SSE寄存器(XMM8-XMM15)，是為了增強多媒體性能，包括對SSE、SSE2和SSE3的支持。

AMD 64位速龍

Intel為支持EM64T技術的處理器設計了兩大模式：傳統IA-32模式(legacy IA-32 mode)和IA-32e擴展模式(IA-32e mode)。在支持EM64T技術的處理器內有一個稱之為擴展功能激活寄存器(extended feature enable register，IA32_EFER)的部件，其中的Bit10控制著EM64T是否激活。Bit10被稱作IA-32e模式有效(IA-32e mode active)或長模式有效(long mode active，LMA)。當LMA=0時，處理器便作為一顆標準的32 bit(IA32)處理器運行在傳統IA-32模式;當LMA=1時，EM64T便被激活，處理器會運行在IA-32e擴展模式下。

AMD方面支持64位技術的CPU有Athlon 64系列、Athlon FX系列和Opteron系列。Intel方面支持64位技術的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。

64位處理器發展歷程

1961年：IBM 發表 IBM 7030 Stretch 超級電腦。它使用 64位數據字組，以及 32 或 64位的指令字組。

1974年：Control Data Corporation 推出 CDC Star-100 矢量超級電腦，它使用 64位字組架構(先前的 CDC 系統是以 60 位架構為基礎)。

1976年：Cray Research 發表第一臺 Cray-1 超級電腦。它以 64位字組架構為基礎，它成為后來的 Cray 矢量超級電腦的基礎。

1983年：Elxsi 推出 Elxsi 6400 平行微型超級電腦。Elxsi 架構具有 64位數據暫存器，不過地址空間仍是 32位。

1991年：MIPS科技公司生產第一臺 64位微處理器，作為 MIPS RISC 架構 R4000 的第三次修訂版本。該款 CPU 使用于以 IRIS Crimson 啟動的 SGI 圖形工作站。然而，IRIX 操作系統并未包含對 R4000 的 64位支持，直到 1996 年發布 IRIX 6.2 為止。Kendall Square Research 發表他們的第一臺 KSR1 超級電腦，以專有的運行于 OSF/1 的 64位 RISC 處理器架構為基礎。

1992年：Digital Equipment Corporation(DEC)引入純 64位 Alpha 架構，其誕生自 PRISM 專案。

1993年：DEC 發布 64位 OSF/1 AXP 類Unix 操作系統(后來改名為 Tru64 UNIX)和 OpenVMS 操作系統給 Alpha 系統。

1994年：Intel 宣布 64位 IA-64 架構的進度表(與 HP 共同開發)作為其 32位 IA-32 處理器的繼承者。以 1998–1999 推出時間為目標。SGI 發布 IRIX 6.0，即支持 64位的 R8000 CPU。

1995年：Sun 推出 64位 SPARC 處理器 UltraSPARC。富士通所有的 HAL 電腦系統推出以 64位 CPU 為基礎的工作站，HAL 獨立設計的第一代 SPARC64。IBM 發布 64位 AS/400 系統，能夠轉換操作系統、數據庫、應用程序的升級。DEC 發布 OpenVMS Alpha 7.0，第一個全 64位版本的 OpenVMS for Alpha。

1996年：HP 發布 PA-RISC 處理器架構的 64位 2.0 版本的實現 PA-8000。 任天堂引入 Nintendo 64 電視游戲主機，以低成本的 MIPS R4000 變體所打造。

1997年：IBM 發布 RS64 全 64位 PowerPC 處理器。

1998年：IBM 發布 POWER3 全 64位 PowerPC/POWER 處理器。Sun 發布 Solaris 7，以完整支持 64位 UltraSPARC。

1999年：Intel 發布 IA-64 架構的指令集。AMD 首次公開 64位集以擴充給 IA-32，稱為 x86-64(后來改名為 AMD64)。

2000年：IBM 推出他自己的第一個兼容 ESA/390 的 64位大型機 zSeries z900，以及新的 z/OS 操作系統。緊接著是 64位 Linux on zSeries。

2001年：Intel 終于推出他的 64位處理器產品線，標記為 Itanium，主打頂級服務器。它無法滿足人們的期待，因一再拖延 IA-64 市場而導致失敗。Linux 是第一個可運行于該處理器的操作系統。

2002年：Intel 引入 Itanium 2 作為 Itanium 的繼承者。

2003年：AMD 產出他的 AMD64 架構 Opteron 以及 Athlon 64 處理器產品線。蘋果也推出了64位“G5”PowerPC 970 CPU courtesy of IBM，并連同升級他的 Mac OS X 操作系統，其增加對 64位模式的部分支持。若干 Linux 發布版本發布對 AMD64 的支持。微軟宣布將為 AMD 芯片創建新的 Windows 操作系統。Intel 堅持 Itanium 芯片仍維持只有 64位的處理器。

2004年：Intel 承認 AMD 在市場上的成功，并著手開發 AMD64 延伸的替代品，稱為 IA-32e，稍后改名為 EM64T。升級版本的 Xeon 和 Pentium 4 處理器家族支持了新推出的指令。Freescale 宣布 64位 e700 core，以繼承 PowerPC G4 系列。VIA Technologies 宣布 64位的Isaiah處理器。[2]

2005年：Sun 于 1 月 31 日發布支持 AMD64 和 EM64T 處理器的 Solaris 10。3 月，Intel 宣布他的第一個雙核心 EM64T 處理器 Pentium Extreme Edition 840 和新的 Pentium D 芯片將于 2005 第二季推出。4 月 30 日，微軟公開發布提供給 AMD64 和 EM64T 處理器的 Windows XP Professional x64 Edition。5 月，AMD 引入他的第一個雙核心 AMD64 Opteron 服務器 CPU，并宣布其桌面型版本，稱為 Athlon 64 X2。將原本的 Athlon 64 X2 (Toledo) 處理器改為兩個核心，并為每個核心的 L2 配上 1 MB 高速緩存，以大約 2.332 億個晶體管組成。它有 199 mm2 那么大。7 月，IBM 宣布他最新的雙核心 64位 PowerPC 970MP (codenamed Antares)，由 IBM 和 Apple 使用。微軟發布 Xbox 360 游戲主機，其使用由 IBM 生產的 64位、三核心 Xenon PowerPC 處理器。

2006年：雙核心 Montecito Itanium 2 處理器進入生產。Sony、IBM、Toshiba 開始生產用于 PlayStation 3、服務器、工作站以及其它應用的 64位 Cell 處理器。蘋果公司在新的 Mac Pro 和 Intel Xserve 電腦中采用 64位 EM64T Xeon 處理器，稍后更新 iMac、MacBook、MacBook Pro 使用 EM64T Core 2 處理器。

64位處理器優點與誤區

兩大優點

可以進行更大范圍的整數運算;

可以支持更大的內存。

誤區

不能因為數字上的變化，而簡單的認為64bit處理器的性能是32bit處理器性能的兩倍。實際上在32bit應用下，32bit處理器的性能甚至會更強，即使是64bit處理器，也是在64bit應用下性能更強。所以要認清64bit處理器的優勢，但不可迷信64bit。

64位處理器未來展望

直至 2007 年，64位字組似乎已滿足大部分的運用。不過仍應提到，IBM 的 System/370 及后繼者使用 128 位浮點數，且許多現代處理器也內含 128 位浮點數暫存器。System/370 及后繼者尤其顯著，在這方面，他們也使用多達 16 位組的可變長度十進制數(即 128 位)。