基本介紹
- 中文名：64位技術
- 外文名：Extended Memory 64 Technology
- 優點：支持更大的記憶體等
- 特點：數據寬度為64位
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優點
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，但不可迷信64bit。
64位技術
64位技術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位的作業系統以及64位的套用軟體才行，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。目前，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；而在作業系統和套用軟體方面，目前的情況不容樂觀。
技術
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-R9），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。
AMD64位移動版處理器是基於AMD64位處理器開發出來的，是當今世上唯一的64位處理器，目前主要套用於AMD架構的筆記本電腦上。AMD Mobile Athlon 64處理器目前有五個版本，它們分別是：
Mobile Athlon 64 2700+ /核心電壓1.2V/最大功耗35W
Mobile Athlon 64 2800+ /核心電壓1.2V/最大功耗35W
Mobile Athlon 64 2800+ /核心電壓1.4V/最大功耗62W
Mobile Athlon 64 3000+ /核心電壓1.4V/最大功耗62W
Mobile Athlon 64 3200+ /核心電壓1.4V/最大功耗62W Mobile AMD Athlon 64處理器性能強勁，跟桌面的Athlon 64處理器一樣，是基於Clawhammer核心、用0.13微米工藝製造的。該處理器整合了記憶體控制器，這就意味著記憶體控制器的運行速度能跟CPU一樣，同時，它跟CPU其他單元之間的通信也是以CPU速度進行的，這樣，在基於該處理器的作業系統環境下記憶體延遲低了很多，大大提升了電腦的運行速度。除此之外，它的二級快取的容量更達1M，更高的快取容量意味著處理器的回寫速度更快。
Mobile Athlon 64位處理器還採用了可以讓電晶體的頻率提升35%以上先進的SOI技術生產。它的電晶體數量達到了1億5百90萬個，核心面積也大大增加，為192平方毫米。在降低能耗方面，Mobile AMD Athlon 64處理器採用了AMD PowerNow!技術。利用這項技術，該移動處理器可以根據處理器的負載情況，來決定該處理器的性能，比如說運行單一的“記事本”程式，該處理器就會只調用很少的資源，此時，處理器的功率非常低，發熱量也很低；而當玩遊戲時，該處理器又會自動地將其性能發揮到極限，以便滿足高負荷的需求，當然，此時它無論在功率和發熱量方面都會比較大。通過這項技術，就可以讓該處理器在性能和功耗、發熱量、電池供電時間之間取得一個平衡。
Mobile AMD Athlon 64處理器雖然是一款64位的處理器，但它可以向下兼容目前大多數32位的軟體。由此看來，Mobile AMD Athlon 64處理器的性能確實不錯，不過，它也有不少令人遺憾之處。
首先，它的功率較大，以至發熱量也較大，耗電量也大。例如，Mobile Athlon 64 2700+的主頻為1.60G，雖然是低電壓版本，但其功率也在35W左右，其它以上版本的功率更是高達62W，而同為1.60G全美達90納米Efficeon處理器的功率只有7W，英特爾Dothan處理器1.70G的只有21W，相比之下，Mobile AMD Athlon 64處理器的功率過高。而功率高必然會帶來更高的發熱量，同時會縮短筆記本電池持續性使用時間。
其次，目前支持64位的軟體還很少，64位顯得華而不實。我們知道，64位的處理器需要用64位的軟體才能真正體現出64位的優勢，但現在絕大多數軟體都是32位的。
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。
64位技術
64位技術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。
intel的EM64T記憶體擴展技術
EM64T本質上和AMD64一樣都是IA-32的增強版本，Xeon藉助於EM64T可實現高達1TB（40bit）的物理記憶體定址和256TB（48bit）的虛擬記憶體定址，並且良好地支持現有32位x86代碼的執行，這一點跟AMD64無異，同時也是Intel開發EM64T的出發點—讓現有的x86指令集能夠執行64位代碼，而繼續保持對32位代碼的良好兼容。但由於多方面的限制，無論是EM64T還是AMD64均只能實現比32位指令集更大記憶體空間的定址，而無法真正做到純64位指令集的1PB（50bit）和16EB（64bit）的物理記憶體和虛擬記憶體定址（IA-64就能做到這一點），其關鍵在於EM64T和AMD64本質上仍是基於32位的x86指令集，只是Intel和AMD分別採用不同的技術手段對x86指令集進行擴展，從而實現對64位的支持。
64位技術
64位技術和AMD64一樣，EM64T由於要在同時運行32位和64位程式，因此會針對不同的需要運行於不同的操作模式，同時其引入的多種操作模式之間的切換較為成功地解決了32位程式在64位作業系統下的運行效率問題，當中包括了傳統模式、兼容模式和純64位模式。
傳統模式（Legacy Mode）
這種模式是為了令64位Xeon能沒有障礙地執行現有的32位和16位程式而設計的，實際上就是32位x86時代的IA-32模式，此時現有x86程式無需作任何的改變，和我們目前使用著的32位環境一模一樣。因為Nacona Xeon的核心仍然是沿著32位設計的，所以這個模式只是把所有為64位計算而新增的運算機制都禁止起來。
兼容模式（Compatibility Mode）
兼容模式允許64位作業系統（如Windows XP x64 Edition）良好地運行基於32位和16位代碼的程式，此時32位程式無需重編譯即可以保護模式運行，而16位程式則要依賴於作業系統和驅動程式是否支持保護模式，情況類似於32位環境下的IA-32虛擬實模式。和傳統模式相同，兼容模式允許程式利用物理記憶體擴展實現64GB的物理記憶體定址，但這並非純64位模式的準64位定址。
純64位模式（Full 64bit Mode）
此模式是三種模式當中最為高效的，同時可充分發揮EM64T的威力，但這種模式需要純64位環境的支持，包括64位作業系統和64位應用程式。在64位作業系統和相應驅動程式的支持下，系統和應用程式能夠訪問EM64T所支持最大容量的擴展記憶體，這時Xeon平台的性能可得到最充分的發揮，當然運行於此模式下的程式需要修改其微代碼以便支持64位指令操作。
可以預見，在未來相當長的一段時間裡，在64位作業系統下我們最常用的是兼容模式，因為現存的大量32位應用程式不可能在短期內為x86-64指令集而重新開發，為了保證現有的32位程式能夠繼續在Xeon平台上順利執行，EM64T提供了一種出色的解決方案。而對於傳統的32位作業系統和應用程式，Xeon平台當然可以百分百地相容運行，本來EM64T就是擴展的32位x86指令集，兼容32位程式是件很自然的事。
EM64T在64位的實現方式上跟AMD64指令集有很多相似之處，但在關鍵的地方兩者還是有很大差別，而Intel追加的大多數64位指令與AMD64指令集相兼容，因此Microsoft就不用為兩家公司的64位處理器開發各自的64位作業系統。目前Microsoft推出的Windows XP x64 Edition作業系統（Beta）可同時支持EM64T和AMD64，能夠兼容幾乎所有的32位應用程式和大部分新增64位應用程式。
EM64T和AMD64的區別
AMD公司設計，可以在同一時間內處理64位的整數運算，併兼容於X86-32架構。其中支持64位邏輯定址，同時提供轉換為32位定址選項；但數據操作指令默認為32位和8位，提供轉換成64位和16位的選項；支持常規用途暫存器，如果是32位運算操作，就要將結果擴展成完整的64位。這樣，指令中有“直接執行”和“轉換執行”的區別，其指令欄位是8位或32位，可以避免欄位過長。
x86-64（AMD64）的產生也並非空穴來風，x86處理器的32bit定址空間限制在4GB記憶體，而IA-64的處理器又不能兼容x86。 AMD充分考慮顧客的需求，加強x86指令集的功能，使這套指令集可同時支持64位的運算模式，因此AMD把它們的結構稱之為x86-64。在技術上 AMD在x86-64架構中為了進行64位運算，AMD為其引入了新增了R8-R15通用暫存器作為原有X86處理器暫存器的擴充，但在而在32位環境下並不完全使用到這些暫存器。原來的暫存器諸如EAX、EBX也由32位擴張至64位。在SSE單元中新加入了8個新暫存器以提供對SSE2的支持。暫存器數量的增加將帶來性能的提升。與此同時，為了同時支持32和64位代碼及暫存器，x86-64架構允許處理器工作在以下兩種模式：Long Mode(長模式)和Legacy Mode(遺傳模式)，Long模式又分為兩種子模式(64bit模式和Compatibility mode兼容模式)。該標準已經被引進在AMD伺服器處理器中的Opteron處理器。
EM64T技術
EM64T技術而今年也推出了支持64位的EM64T技術，再還沒被正式命為EM64T之前是IA32E，這是英特爾64位擴展技術的名字,用來區別X86指令集。Intel的EM64T支持64位sub-mode，和AMD的X86-64技術類似，採用64位的線性平面定址，加入8個新的通用暫存器（GPRs），還增加8個暫存器支持SSE指令。與AMD相類似，Intel的64位技術將兼容IA32和IA32E，只有在運行64位作業系統下的時候，才將會採用IA32E。IA32E將由2個sub-mode組成：64位sub-mode和32位sub-mode，同AMD64一樣是向下兼容的。 Intel的EM64T將完全兼容AMD的X86-64技術。現在Nocona處理器已經加入了一些64位技術，Intel的Pentium 4E處理器也支持64位技術。
名詞解釋
64位計算
在計算機發展史上，人類歷經了從8位計算到16位計算、從16位計算到32位計算兩次飛躍，32位計算是目前伺服器市場的主流。64位計算是相對於32位計算的新一代高性能計算標準，就象高速公路與山間小路的區別，相比於32位計算，64位提供更大的計算頻寬，從而帶來更高的性能，使很多過去根本無法實現的構想變成現實。目前，全球最重要的處理器供應商包括：AMD、HP、IBM、Intel、Motorola、Sun無一例外的都在推動64位計算。
64位處理器
8位處理器、16位處理器、32位處理器和64位處理器，其計數都是8的倍數。它表示一個時鐘周期里，處理器處理的二進制代碼數。“0”和“1”就是二進制代碼，線路上有電信號，則計做1,沒有電信號則為0。8位機有8條線路，每個時鐘周期有8個電信號，組成一個位元組。所以，隨8位處理器上升至64位處理器，每個時鐘周期傳送1個位元組到8個位元組，關聯到時鐘速度提高到若干個千兆赫之後，處理器處理信息的能力越來越大
64位數據運算
目前X86結構在32位定址時最大空間只能是4GB，在很多大型資料庫、數字內容的創建、視頻內容的創建還有如CAD/CAM等需要將現實世界建模運算的軟體都需要大量的記憶體容量，此外還有安全加密的需要則使得處理的數據成倍增長。在石油勘探、天氣預測等需要大量數據運算的套用環境中，更是需要平台為運算提供更為充裕的記憶體容量。64位平台的定址能力達到了180億GB，這在未來很長一段時間內都可以解決高端套用中存儲器定址的瓶頸
AMD64位技術
AMD64位技術