论64位体系结构的发展

论64位体系结构的发展软件二班033325刘璐软件一班033321王丽丽处理器发展简史•i386处理器在19年前把处理器从16位带入32位时代•处理器经过了20多年考验后，在2005年从32位跃升到64位(质的飞跃)64位计算的意义•64位平台的寻址能力达到了180亿GB，这在未来很长一段时间内都可以解决高端应用中存储器寻址的瓶颈。64位平台除了可以提供64位的计算能力外，64位寻址也突破了以往32位寻址4GB的容量，更加适用于目前大数据量处理的环境。64位处理器简介•要理解64位处理器，就要明白64bit的意义。首先，我们来看看一个很重要的概念：操作数和指令。•“操作数”指的就是等待CPU处理的数据，同时也指这些等待处理的数据所在的内存地址。•而指令，就是指CPU通常所处理的指令。•我们要说的64位处理器处理的64位指令，不是指这个指令具有64位长，其实是指其操作数最大可达64位。。操作数最高可达64位，因此存放操作数的通用寄存器（GPR）也必须是64位的，64位处理器也就有64位的GPR。GPR•GPR是CPU寻址和地址数据存放的地方。64位处理器的GPR提升到了64位，处理器的寻址能力和地址数据处理能力就会成倍的提高，性能自然机会更强。换句话来说，当64位处理器与32位处理器在处理同一条指令的时候，64位处理器访问内存、完成工作时消耗的等待时间就会更短，能处理的数据会比32位处理器能处理的数据多一倍以上，同时，64位处理器能管理的内存容量也会比32位处理器的高出一倍、甚至是两倍（PowerPCG5能管理8GB容量的内存）。•X86-64的扩展二．AMD64位技术浅谈•与传统的x86或专有64位环境相比，AMD64环境有可能为很多种应用程序和使用环境带来好处。•AMD64最可能为以下类型的应用程序带来好处:需要大量内存寻址，如那些配备较大数据集的应用程序以及基于主机的桌面应用程序。必须管理大量同时用户或应用程序线程，如大型客户机解决方案以及用于客户关系管理、供应链管理、企业资源规划和数字权限管理等系统的解决方案的大型数据库和数据仓库应用程序。3.164位计算•Hammer处理器•为了实现64位运算，Hammer处理器在寄存器阵列中新增了寄存器，以实现对现有架构的扩展•为了能够同时支持32位及64位程序，x86-64架构允许处理器有两种工作模式：包括两种子模式(64位模式和兼容模式)的“长模式”和传统模式•从上面可以看到，Hammer可以完全支持64位长模式的操作系统。目前微软的WindowsXPProfessional，Windows2003Server以及WindowsMediaCenter都为AMD64提供了64bit版本，主流桌面平台和工作站平台的操作系统应该不存在什么问题了；而高端服务器方面SuSELinux会是一个不错的选择。因此我们不必再担心AMD64处理器的操作系统支持问题，反倒是64位应用软件目前还比较贫乏，但相信不少软件商都愿意往64位平台靠拢。3.2解除瓶颈HyperTransport技术•在AMD64平台当中，HyperTransport总线用于连接处理器和芯片组或芯片组之间。对于多路处理器系统，每一个处理器都使用了额外的HyperTransport控制器以实现处理器之间的互联。HyperTransport总线有什么优点呢?•简单来说，它有着高速度，低延时，结构简单等优点。虽然每路HyperTransport总线仅由两条端到端的单向数据传输路径组成(一条为输入、一条为输出)，但极限数据传输率竟可以达到惊人的6400MB/s，可以通过设置2，4，8，16或32bit的位宽和400，600，800，1000，1200，1600MHz的工作频率来得到从100MB/s到6400MB/s的数据传输率。•由于HyperTransport标准是开放的，所以其他生产商业可以参与到产品的研发中来。当要在系统中实现新功能或增加总线带宽时，只要增加额外的HyperTransport接口就可以了。•事实上AMD就是这样做的，在现有的处理器当中，较低端的Athlon64仅有一个HyperTransport接口，而Opteron和Athlon64FX-51则具有3个HyperTransport接口，这些接口除了用于连接芯片组之外，还可以在多路处理器系统中用于CPU之间的互连通信。3.3.CPU内整合内存控制器•CPU内建内存控制器的主要优点在于内存控制器可以以CPU频率运行，比起传统上位于北桥的内存控制器有更小的延时；而且CPU的频率越高，延时就越小•另一个好处就是AMD不再需要依赖主板厂商的内存控制器AMD64处理器内存控制器工作原理•图中可以看到，处理器内封装了内存控制器(MCT)和DRAM控制器(DCT)。MCT是处理器核心和DCT之间的连接界面，它不因为外部内存的类型而改变。相反DCT则是专门针对DRAM的内存连接界面，系统使用不同类型的内存可以通过改变这一部分来实现支持。由于这一部分只是整个处理当中很小的一部分，所以要作出修改以支持不断发展的内存标准并不需要花费太大的力气AMD64处理器整合的内存控制器提供了64位和128位界面,可以支持单通道和双通道的DDR内存四.Intel64位技术及处理器•Intel公司日前正式确定了其64位扩展技术的官方名称IntelExtendedMemory64Technology(EM64T)。该技术将被未来的服务器、桌面甚至移动处理器所采用，能够支持64位代码运算和更大容量的内存。与AMD64的对比•类似:IntelEM64T处理器也加入了一种名为64位sub-mode的工作方式，采用64位平面线性寻址，加入8个新的通用寄存器，在SSE单元中也新加入了8个新寄存器。EM64T将同时支持32和64位运算，在运行64位程序时才会采用64位sub-mode工作方式，而在处理32位运算时依然是IA32工作结构。•区别:如AMD64中的NX位就与Intel64位技术不尽相同•Intel在IDF2004大会上了展示了具备64位扩展技术的Xeon处理器，即Nocona处理器。该款处理器在2004年第二季度已经面世。到2005年，Prescott处理器也将采用这种技术来支持64位计算。IntelEM64T技术与AMD的服务器处理器Opteron的64位技术大体相同。新款至强(Nocona)的问世很可能是针对原来的64位处理器“安腾系列”的市场•新至强64的显著特性还在于支持32位应用程序的同时，运行64位应用程序，因此至强64处理器能够兼容当前市场上所有的基于16位和32位软件，同时对64位架构下开发的应用软件也完全兼容小结•象64位处理器这样的处理能力，目前对于桌面用户来说是没有直接意义上的好处的，毕竟如此高的处理能力和内存容量管理能力没有那个桌面用户能用得上。这也是为什么64位处理器即使推出了，但还不能取代32位处理器主流地位的原因之一。不过，虽然桌面用户用不上64位处理器，但从中却看到了它给我们带来的，是一个处理器架构体系的改变，更多的技术与革新将会在它的牵动下出现。如AMDAthlon64处理器内置内存控制器就很好的解决了CPU与内存交换数据时的延迟，以及I/O设备与内存共享前端总线所带来的“瓶颈”问题。这些都将给电脑日后的发展提供了新的架构基础，随着电脑的应用不断发展，32位处理器势必不能满足人们对所需，在不久的将来64位处理器也会在技术的发展与厂商的推动下开始普及。参考文献•大话64位处理器理解64位真正的含义•位处理器技术浅谈•解析64位服务器技术的应用与发展•位之梦-透视AMD-athlon64位处理器Thankyou!