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论64位体系结构的发展 软件学院03级2班 刘璐，033325， HYPERLINK mailto:danneylulu@ danneylulu@ 软件学院03级1班 王丽丽，033321， HYPERLINK mailto:sdxtlily@ sdxtlily@ 摘要：64位平台的高性能，使之成为目前计算机行业最耀眼的技术。本文介绍了64位处理器以及64位的真正含义，并对AMD64位技术作了详细的剖析. 一.引言 　目前64位处理器已经摆在了大家面前，再也不是一个概念，虽然它的普及还需要时间，但我们还是有必要对64位处理器作一个了解，理解它与32位处理器有什么不同之处？从而更加清楚64位处理器会带给我们什么！ 对CPU有些了解的人大概都知道Pentium 3和Pentium 4，了解更深的，还会知道是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，在去年从32位跃升到64位，这可不同1GHz到3GHz的频率提升。如果说频率的提升是把一条4车道高速公路的时速限制从120公里提升到了360公里的话，那么从32位到64位的提升就是将这条提升了3倍时速限制的高速公路从4车道拓宽到了8车道，也就是说，这条公路的运力提升了一倍，这可是质的飞跃。 二.大话64位处理器，理解64位的真正含义 2.1改朝换代——32位过度64位之因 其实，处理器从32位跃升至64位，除了制造工艺、处理器技术的不断进步外，也是与业内的两个巨头——Intel与AMD之间的竞争白热化分不开的。关心AMD的人应该知道，AMD的K7处理器Barton、Athlon XP受制于EV6前端总线带宽和核心工作频率提升能力不足等问题的困扰，无论是在性能、还是市场上的表现都不及Intel的P4处理器。AMD要想在性能上同Intel继续竞争，就必须突破目前前端总线带宽和核心工作频率给其带来的限制，而制造工艺的成熟和技术的发展，使得依靠新的处理器架构作为突破口成为了AMD的选择。而在AMD公司推出Athlon 64系列处理器后，Intel也匆匆推出P4 3.2GHz Extreme Edition与之对抗，在此几个月后，著名的苹果电脑推出了它的64位处理器PowerPC G5（PowerPC 970）。 2.2 64位计算的意义 目前X86结构在32位寻址时最大空间只能是4GB，在很多大型数据库、数字内容的创建、视频内容的创建还有如CAD/CAM等需要将现实世界建模运算的软件都需要大量的内存容量，此外还有安全加密的需要则使得处理的数据成倍增长。在石油勘探、天气预测等需要大量数据运算的应用环境中，更是需要平台为运算提供更为充裕的内存容量。 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。 2.3理解64位，就理解了64位处理器 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。有因必有果，佛家的玄机也能用在理解这个高科技的处理器上。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。同样的道理，目前作为主流的32位处理器（如Pentium 4，K7）的GPR就是32位的了。 图1，AMD Athlon 64的测试信息显示支持X86-64 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，增加程序员可见寄存器数量（这部分增加的寄存器称之为“寄存器扩展”），因而可供编程者使用的寄存器空间就更大，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（PowerPC G5能管理8GB容量的内存）。但需要说明的是，这部分寄存器扩展是需要64位操作系统、64位驱动程序以及64位应用程序的配合才能充分发挥其突出的优势，而目前只有Windows XP 64-Bit Edition、Linux和Mac OS X Panther三个6