基础知识:8位,16位,32位,64位处理器

2010-9-27 21:23 4732 0 1 分类: MCU/ 嵌入式
8位处理器、16位处理器、32位处理器和64位处理器,其计数都是8的倍数。它表示一个时钟周期里,处理器处理的二进制代码数。“0”和“1”就是二进制代码,线路上有电信号,则计做1,没有电信号则为0。8位机有8条线路,每个时钟周期有8个电信号,组成一个字节。所以,随8位处理器上升至64位处理器,每个时钟周期传送1个字节到8个字节,关联到时钟速度提高到若干个千兆赫之后,处理器处理信息的能力越来越大。


在计算机发展史上,人类历经了从8位计算到16位计算、从16位计算到32位计算两次飞跃,64位计算是相对于32位计算的新一代高性能计算标准,就象高速公路与山间小路的区别,相比于32位计算,64位提供更大的计算带宽,从而带来更高的性能,使很多过去根本无法实现的设想变成现实。目前,全球最重要的处理器供应商包括:AMD、HP、IBM、Intel、Motorola、Sun无一例外的都在推动64位计算。



64位技术是相对于32位而言的,这个位数指的是CPU GPRs(General-Purpose
Registers,通用寄存器)的数据宽度为64位,64位指令集就是运行64位数据的指令,也就是说处理器一次可以运行64bit数据。64bit处理器并非现在才有的,在高端的RISC(Reduced
Instruction Set Computing,精简指令集计算机)很早就有64bit处理器了,比如SUN公司的UltraSparc
Ⅲ、IBM公司的POWER5、HP公司的Alpha等。


64bit计算主要有两大优点:可以进行更大范围的整数运算;可以支持更大的内存。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,目前情况下也是在32bit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。



目前主流CPU使用的64位技术主要有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,不兼容现在的传统的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(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。



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。


Intel 775针以及向上的是64位
Amd 754针以及向上的是64位
64位系统就是系统运算每次64bit,例如windows 2003
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billzhu_345737527 2012-4-25 23:21

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