64位作業系統

64位作業系統

64位作業系統是指特別為64位架構計算機系統而設計的作業系統。64位作業系統的優點,在於能夠利用64位處理器的優勢,在處理多媒體內容時能夠有更佳的表現。 在計算機架構中,64位整數、記憶體地址或其他數據單元,是指它們最高達到64位(8位元組)寬。此外,64位CPU和算術邏輯單元架構是以暫存器、記憶體匯流排或者數據匯流排的大小為基準。 64 位CPU在1960年代,便已存在於超級計算機,且早在1990年代,就有以 RISC 為基礎的工作站和伺服器。2003年才以 x86-64 和 64 位 PowerPC 處理器架構的形式引入到(在此之前是 32 位)個人計算機領域的主流。

處理器

這裡的64位技術是相對於32位而言的,這個位數指的是CPU GPRs(General-Purpose Registers,通用暫存器)的數據寬度為64位,64位指令集就是運行64位數據的指令,也就是說處理器一次可以運行64bit數據。64bit處理器並非現在才有的,在高端的RISC(Reduced Instruction Set Computing,精簡指令集計算機)很早就有64bit處理器了,比如SUN公司的UltraSparc Ⅲ、IBM公司的POWER5、HP公司的Alpha等。

64bit計算主要有兩大優點:可以進行更大範圍的整數運算;可以支持更大的記憶體。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套用下,32bit處理器的性能甚至會更強,即使是64bit處理器,目前情況下也是在32bit套用下性能更強。所以要認清64bit處理器的優勢,不可迷信64bit。

目前主流CPU使用的64位技術主要有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,不兼容現在的傳統的32位計算機,僅用於Itanium(安騰)以及後續產品Itanium 2,一般用戶不會涉及到,因此這裡僅對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,使這款晶片在硬體上兼容原來的32位X86軟體,並同時支持X86-64的擴展64位計算,使得這款晶片成為真正的64位X86晶片。這是一個真正的64位的標準,X86-64具有64位的定址能力。

X86-64新增的幾組CPU暫存器將提供更快的執行效率。暫存器是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個通用暫存器(GPR),AMD在X86-64中又增加了8組(R8-R15),將暫存器的數目提高到了16組。X86-64暫存器默認位64-bit。還增加了8組128-bit XMM暫存器(也叫SSE暫存器,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位的暫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體基礎。通過提供了更多的暫存器,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記憶體技術。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軟體的情況下,允許軟體利用更多的記憶體地址空間,並且允許軟體進行32 bit線性地址寫入。EM64T特彆強調的是對32 bit和64 bit的兼容性。Intel為新核心增加了8個64 bit GPRs(R8-R15),並且把原有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暫存器(XMM8-XMM15),是為了增強多媒體性能,包括對SSE、SSE2和SSE3的支持。

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暫存器(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。

目前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位技術就像一股不可阻擋的浪潮撲面而來,從今年開始,64位技術將逐步滲透進我們的生活,也許明年這個時候,我們已經習慣了在64位作業系統下運行64位程式。

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