Intel 64位處理器,Intel 64位處理器結(jié)構(gòu)原理

現(xiàn)在人們廣泛使用的是由32位微處理器構(gòu)成的計(jì)算系統(tǒng)，但是32位的計(jì)算和操作系統(tǒng)不能支持應(yīng)用程序直接訪(fǎng)問(wèn)4GB(2的32次方)以上的內(nèi)存，4GB尋址能力是32位計(jì)算系統(tǒng)一道不可俞越的門(mén)檻，隨著應(yīng)用需求的不斷發(fā)展，32位的微處理器將無(wú)法滿(mǎn)足大容量、高負(fù)荷運(yùn)算的要求，因此，采用具有更大的內(nèi)存尋址規(guī)模、更強(qiáng)計(jì)算能力的64位微處理器將是大勢(shì)所趨。目前世界上的64位微處理器主要由HP、Sum、IBM、Intel和AMD等公司所把持。

Itanium(安騰)微處理器

Itanium微處理器是Intel公司于2001年5月推出的，它是Intel公司和HP公司合作開(kāi)發(fā)的IA-64(Intel Architecture-64)架構(gòu)系列中的第一款通用64位微處理器，它采用0.18μm技術(shù)，主頻為800MHz。2002年7月，Intel公司推出了第二代64位微處理器-Itanium2，它還是采用0.18μm技術(shù)，首次將Ll、L2和L3 Cache都集成到芯片內(nèi)，共集成了大約2．2億個(gè)晶體管，主頻為1GHz。2003年6月，Intel公司又推出了新一代Itanium2產(chǎn)品-Madison，它采用0.13μm技術(shù)，共集成4.1億個(gè)晶體管，主頻達(dá)到了1.5GHz。

Itanium系列微處理器沒(méi)有采用原有的X86指令結(jié)構(gòu)，而是采用了一種新的指令集結(jié)構(gòu)-EPIC。EPIC計(jì)算模式是專(zhuān)為實(shí)現(xiàn)高效并行性而設(shè)計(jì)的，旨在同時(shí)處理多個(gè)指令或進(jìn)程，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：64位的尋址空間，大規(guī)模的并行執(zhí)行內(nèi)核，較強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力，大容量、高速的緩存，高速的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)和充足的命令執(zhí)行單元。在安全性方面，Itanium2支持一種先進(jìn)的機(jī)器檢查結(jié)構(gòu)，能廣泛地管理硬件、固件和操作系統(tǒng)中的錯(cuò)誤，從而有效地減少死機(jī)的時(shí)間。但是，由于不再兼容原有的X86指令，只能通過(guò)譯碼器來(lái)兼容X86指令，這對(duì)運(yùn)行32位程序會(huì)產(chǎn)生一定的影響，即無(wú)法確保現(xiàn)有的32位應(yīng)用程序性能的充分發(fā)揮。

相對(duì)32位來(lái)說(shuō)，x64位CPU通用寄存器(GPRs，General-Purpose Registers)的數(shù)據(jù)寬度為64位，處理器一次可以運(yùn)行64位的數(shù)據(jù)。從下面的x64位處理模型圖(EM64T)中可以看出，x64位處理器的指令寬度并沒(méi)有改變，增大了通用寄存器和數(shù)據(jù)通道的寬度，因此可以理解為x64處理器是擁有數(shù)據(jù)寬度為64位的寄存器并且可以一次傳輸、運(yùn)算64位的數(shù)據(jù)。

因此，對(duì)于通用寄存器來(lái)說(shuō)，它主要存儲(chǔ)整數(shù)數(shù)據(jù)(Integer)和地址數(shù)據(jù)Address(或者叫內(nèi)存指針，Memory Pointer)，它們都由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(Arithmetic Logic Unit，ALU)來(lái)運(yùn)算。此外，處理通常還支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)(Floating)和多媒體數(shù)據(jù)，它們都有各自的專(zhuān)用寄存器和執(zhí)行單元。下圖為Intel 32位和64位x86處理器為例，做一個(gè)簡(jiǎn)單對(duì)比：

基于以上分析，我們可以看出x64位計(jì)算主要有兩大優(yōu)點(diǎn)：1、可以支持更大的內(nèi)存尋址空間。它打破了32位下4GB內(nèi)存的限制，理論上內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)空間可以達(dá)到1800萬(wàn)TB，實(shí)際上采用EM64T技術(shù)的Pentium4處理器支持36位物理內(nèi)存尋址和48位虛擬內(nèi)存尋址，而AMD 64位處理器支持40位物理內(nèi)存尋址和48位虛擬內(nèi)存尋址，Windows XP x64版最高可以支持16GB物理內(nèi)存和16TB虛擬內(nèi)存，使得應(yīng)用程序可以快速處理大量數(shù)據(jù)集合。2、可以進(jìn)行更大范圍的整數(shù)運(yùn)算。64位整型數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序在64位硬件上進(jìn)行運(yùn)算可以大幅提高計(jì)算性能，減少運(yùn)算時(shí)間。對(duì)于數(shù)值運(yùn)算(包括三維動(dòng)畫(huà)、數(shù)字藝術(shù)和游戲、科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域)來(lái)說(shuō)非常有利。對(duì)于使用Windows x64版的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，將會(huì)有更高的性能和更好的擴(kuò)展性，完全一致的工作環(huán)境，對(duì)已有的32位程序提供更好的兼容性，在充分利用已在32位Windows應(yīng)用程序上的投入的同時(shí)，也能夠獲得最新的64位技術(shù)所帶來(lái)的高性能。