64位处理器处理器简述

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。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。

64位处理器处理器现状

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。

64位处理器实现条件

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。

AMD 64位速龙

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。

64位处理器发展历程

1961年：IBM 发表 IBM 7030 Stretch 超级电脑。它使用 64位数据字组，以及 32 或 64位的指令字组。

1974年：Control Data Corporation 推出 CDC Star-100 矢量超级电脑，它使用 64位字组架构(先前的 CDC 系统是以 60 位架构为基础)。

1976年：Cray Research 发表第一台 Cray-1 超级电脑。它以 64位字组架构为基础，它成为后来的 Cray 矢量超级电脑的基础。

1983年：Elxsi 推出 Elxsi 6400 平行微型超级电脑。Elxsi 架构具有 64位数据暂存器，不过地址空间仍是 32位。

1991年：MIPS科技公司生产第一台 64位微处理器，作为 MIPS RISC 架构 R4000 的第三次修订版本。该款 CPU 使用于以 IRIS Crimson 启动的 SGI 图形工作站。然而，IRIX 操作系统并未包含对 R4000 的 64位支持，直到 1996 年发布 IRIX 6.2 为止。Kendall Square Research 发表他们的第一台 KSR1 超级电脑，以专有的运行于 OSF/1 的 64位 RISC 处理器架构为基础。

1992年：Digital Equipment Corporation(DEC)引入纯 64位 Alpha 架构，其诞生自 PRISM 专案。

1993年：DEC 发布 64位 OSF/1 AXP 类Unix 操作系统(后来改名为 Tru64 UNIX)和 OpenVMS 操作系统给 Alpha 系统。

1994年：Intel 宣布 64位 IA-64 架构的进度表(与 HP 共同开发)作为其 32位 IA-32 处理器的继承者。以 1998–1999 推出时间为目标。SGI 发布 IRIX 6.0，即支持 64位的 R8000 CPU。

1995年：Sun 推出 64位 SPARC 处理器 UltraSPARC。富士通所有的 HAL 电脑系统推出以 64位 CPU 为基础的工作站，HAL 独立设计的第一代 SPARC64。IBM 发布 64位 AS/400 系统，能够转换操作系统、数据库、应用程序的升级。DEC 发布 OpenVMS Alpha 7.0，第一个全 64位版本的 OpenVMS for Alpha。

1996年：HP 发布 PA-RISC 处理器架构的 64位 2.0 版本的实现 PA-8000。 任天堂引入 Nintendo 64 电视游戏主机，以低成本的 MIPS R4000 变体所打造。

1997年：IBM 发布 RS64 全 64位 PowerPC 处理器。

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

1999年：Intel 发布 IA-64 架构的指令集。AMD 首次公开 64位集以扩充给 IA-32，称为 x86-64(后来改名为 AMD64)。

2000年：IBM 推出他自己的第一个兼容 ESA/390 的 64位大型机 zSeries z900，以及新的 z/OS 操作系统。紧接着是 64位 Linux on zSeries。

2001年：Intel 终于推出他的 64位处理器产品线，标记为 Itanium，主打顶级服务器。它无法满足人们的期待，因一再拖延 IA-64 市场而导致失败。Linux 是第一个可运行于该处理器的操作系统。

2002年：Intel 引入 Itanium 2 作为 Itanium 的继承者。

2003年：AMD 产出他的 AMD64 架构 Opteron 以及 Athlon 64 处理器产品线。苹果也推出了64位“G5”PowerPC 970 CPU courtesy of IBM，并连同升级他的 Mac OS X 操作系统，其增加对 64位模式的部分支持。若干 Linux 发布版本发布对 AMD64 的支持。微软宣布将为 AMD 芯片创建新的 Windows 操作系统。Intel 坚持 Itanium 芯片仍维持只有 64位的处理器。

2004年：Intel 承认 AMD 在市场上的成功，并着手开发 AMD64 延伸的替代品，称为 IA-32e，稍后改名为 EM64T。升级版本的 Xeon 和 Pentium 4 处理器家族支持了新推出的指令。Freescale 宣布 64位 e700 core，以继承 PowerPC G4 系列。VIA Technologies 宣布 64位的Isaiah处理器。[2]

2005年：Sun 于 1 月 31 日发布支持 AMD64 和 EM64T 处理器的 Solaris 10。3 月，Intel 宣布他的第一个双核心 EM64T 处理器 Pentium Extreme Edition 840 和新的 Pentium D 芯片将于 2005 第二季推出。4 月 30 日，微软公开发布提供给 AMD64 和 EM64T 处理器的 Windows XP Professional x64 Edition。5 月，AMD 引入他的第一个双核心 AMD64 Opteron 服务器 CPU，并宣布其桌面型版本，称为 Athlon 64 X2。将原本的 Athlon 64 X2 (Toledo) 处理器改为两个核心，并为每个核心的 L2 配上 1 MB 高速缓存，以大约 2.332 亿个晶体管组成。它有 199 mm² 那么大。7 月，IBM 宣布他最新的双核心 64位 PowerPC 970MP (codenamed Antares)，由 IBM 和 Apple 使用。微软发布 Xbox 360 游戏主机，其使用由 IBM 生产的 64位、三核心 Xenon PowerPC 处理器。

2006年：双核心 Montecito Itanium 2 处理器进入生产。Sony、IBM、Toshiba 开始生产用于 PlayStation 3、服务器、工作站以及其它应用的 64位 Cell 处理器。苹果公司在新的 Mac Pro 和 Intel Xserve 电脑中采用 64位 EM64T Xeon 处理器，稍后更新 iMac、MacBook、MacBook Pro 使用 EM64T Core 2 处理器。

64位处理器优点与误区

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。

64位处理器未来展望

直至 2007 年，64位字组似乎已满足大部分的运用。不过仍应提到，IBM 的 System/370 及后继者使用 128 位浮点数，且许多现代处理器也内含 128 位浮点数暂存器。System/370 及后继者尤其显著，在这方面，他们也使用多达 16 位组的可变长度十进制数(即 128 位)。