64位CPU

64 位CPU 在1960年代,便已存在于超级电脑,且早在1990年代,就有以RISC为基础的工作站和伺服器。2003年才以x86-64和64位PowerPC 处理器架构的形式引入到(在此之前是32位)个人电脑领域的主流。

 一个 64 位的CPU,内部可能有外部资料汇流排或不同大小的位址汇流排,可能比较大或比较小;术语「64位」也常用於描述这些汇流排的大小。例如,目前有许多机器有着使用 64 位汇流排的32位处理器(如最初的 Pentium 和之後的 CPU),因此有时会被称作「64位」。同样的,某些 16 位处理器(如 MC68000)指的是16/32 位处理器具有 16 位的汇流排,不过内部也有一些 32 位的性能。这一术语也可能指电脑指令集的指令长度,或其它的资料项(如常见的 64 位双精度浮点数)。去掉进一步的条件,「64位」电脑架构一般具有64 位元宽的整数型暂存器,它可支援(内部和外部两者)64 位「区块」(chunk)的整数型资料。

64位CPU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。

根据实际需要来选择合适的CPU,64位CPU比较适合一些需要进行大量数据运算的用户以及一些硬件发烧友。如进行数学计算、多维图形处理,这类用户因为要进行大量数据处理,64位CPU会适合他们使用,而一般的学生和家庭用户,我们建议还是选择32位的P4.C4,Athlon这些CPU,等到操作系统、办公软件、娱乐软件成功进入64位时代的时候,才是64位系统普及的真正来临。

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。

误区

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,也是在64bit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,64位CPU的64位技术主要有AMD64位技术和EM64T技术。

一、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。

二、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。

简述

所谓64位的电脑,就是指这台电脑使用了64位的CPU,相比较32位的CPU来说,64位CPU最为明显的变化就是增加了8个64位的通用寄存器,内存寻址能力提高到64位,以及寄存器和指令指针升级到64位等。”

寄存器:为了处理数据,暂时储存结果,或者做间接寻址等等动作,每个处理器都具备一些内建的内存,这些能够在不延迟的状态下存取的内存就称为寄存器。

32位的处理器为什么会比64位处理器的性能差很多,这其实是一个受虚拟和实际内存尺寸的限制影响。主流的32位处理器在性能执行模式方面存在一个严重的缺陷:当面临大量的数据流时,32位的寄存器和指令集不能及时进行相应的处理运算。”

所谓32位处理器就是一次只能处理32位,也就是4个字节的数据,而64位处理器一次就能处理64位,即8个字节的数据。如果我们将总长128位的指令分别按照16位、32位、64位为单位进行编辑的话:旧的16位处理器,比如Intel 80286 CPU需要8个指令,32位的处理器需要4个指令,而64位处理器则只要两个指令,显然,在工作频率相同的情况下,64位处理器的处理速度会比16位、32位的更快(在运行32位应用时,64位处理器和32位处理器处理速度一样,同一时间只能解码一组数据,所以不会出现64位处理器比32位快一倍现象。64位系统中存在一部分64位文件,在读取时反而会比32位系统慢)。而且除了运算能力之外,与32位处理器相比,64位处理器的优势还体现在系统对内存的控制上。由于地址使用的是特殊的整数,而64位处理器的一个ALU(算术逻辑运算器)和寄存器可以处理更大的整数,也就是更大的地址。传统32位处理器的寻址空间最大为3.2G,使得很多需要大容量内存的数据处理程序在这时都会显得捉襟见肘,形成了运行效率的瓶颈。而64位的处理器在理论上则可以将近达到1700万个TB,1TB等于1024GB,1GB等于1024MB,所以64位的处理器能够彻底解决32位计算系统所遇到的瓶颈现象,速度快人一等,对于那些要求多处理器可扩展性、更大的可寻址内存、视频/音频/三维处理或较高计算准确性的应用程序而言,AMD 64处理器可提供卓越的性能。

现状

发展的趋势是64位所以大部分双核处理器都是64位的,但是也有32位双核的处理器比如Yonah Core Duo就是32位双核处理器但是Core 2 Duo就是64位的处理器。

要实现真正意义上的64位计算,光有64位的处理器是不行的,还必须得有64位的操作系统以及64位的应用软件才行,三者缺一不可,缺少其中任何一种要素都是无法实现64位计算的。在64位处理器方面,Intel和AMD两大处理器厂商都发布了多个系列多种规格的64位处理器;而在操作系统和应用软件方面,情况不容乐观。因为就2013年来说,为64位CPU专门设计的应用程序是少之又少的。它的优点在于它可以完全兼容32位应用程序,而且64位在若干年之后必定成为主流。缺点是易用性和通用性不高,一个明显的例子就是各种硬件设备的驱动程序不完善,而且64位的应用软件还很少。所以无法使用一些硬件,即使用操作系统自带的驱动程序勉强运行,性能也会大大的降低。所以如果想体验64位处理器,最好的选择是windows 7 或者 windows 8 而 windows XP *64 已经很少有了。

主流技术

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(GPRs),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。

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。