CPU知识详解-64位技术 EM64T技术

　　这里的 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：一是可以进行更大范围的整数运算；二是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 AMD 64 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 AMD 64 位技术和 Intel 的 EM64T 技术作一简单介绍。 

　　1) AMD 64 位技术

　　AMD 64 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。

　　2) EM64T 技术

　　Intel 官方是给 EM64T 这样定义的：EM64T 全称 Extended Memory 64 Technology，即扩展 64 bit 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 128 bit 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。