英特尔64位处理器!Intel EM64T技术详解

有读者反映，“Itanium（安腾）处理器才是真正的64位架构，而采用了EM64T技术的Pentium 4处理器并不算真正意义上的64位处理器，把EM64T架构等同于Intel的64位CPU架构是不严谨的！”是的，非常感谢这位热心的读者。从严格意义上而言，EM64T架构跟纯64 bit处理器有着本质的区别，它更像是一种介于32bit和纯64 bit处理器之间的兼容性架构。 兼容性方面的改进
　　Intel官方是给EM64T这样定义的：EM64T全称Extended Memory 64 Technology，即64位内存扩展技术，它是Intel IA-32架构（Intel Architectur-32 extension）的一个扩展，且兼容原来的架构。通过增加CPU的运算位宽扩展增加CPU和内存之间的位宽，从而让系统支持更大容量的内存（32bit处理器最多只能支持内存容量只有4GB，而64bit的最高则达64GB）。

寻址空间对应表
处理器	虚拟内存寻址	物理内存寻址	物理内存容量
Prescott（P4,普通PC处理器） Nocona（Xeon，服务器处理器）	48 bit	36 bit	64 GB

　　为了实现64bit和32bit两种运算间的兼容，Intel在原来32bit处理器核心的基础上加入了8个64 bit GPRs（通用寄存器）和内存指针（memory pointers），从而实现了64 bit内存寻址。在理论上，虽然EM64T架构最高可以支持64 bit内存寻址，但由于设计和制造工艺等方面的因素，并非所有EM64T的处理器都能达到理论的上限，所以，在64 bit和32bit内存寻址之间提供一个48 bit的虚拟内存寻址，以增强两者间的兼容性

EM64T模式的运行及识别 　　既然，EM64T是一种兼容性很强的64 bit扩展技术， 魔域私服那么它是如何工作的呢？ 　　Intel为支持EM64T技术的处理器可分为两大类：传统IA-32模式和IA-32e扩展模式，两大类下具体又可分为多种运行模式，具体如下表：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，其中一个被称作长模式有效（Long Mode Active，LMA)的Bit10控制器控制EM64T是否被激活。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。 EM64T的运行模式 传统IA-32模式 IA-32e扩展模式 保护模式 真实地址模式 真实8086模式 兼容模式 64位模式 　　在IA-32e扩展模式下的兼容模式和64位模式，两者都需要64bit操作系统和64bit驱动程序的支持，但后者才是真正的64bit计算。在64bit模式下，必须要有64bit的操作系统、驱动程序和应用程序三者合作。此时，处理器内的新增的8个GPRs和8个SSE寄存器（XMM8-XMM15）才会被激活，原有的8个GPRS(RAX, RBX, RCX, RDX, RSI, RDI, RBP, RSP）的宽度也会同时扩展为64bit，并且启用64bit指令指针。此时，处理器才能利用64bit指令操作来支持64bit内存寻址，进行双精度（64bit）整数运算。 　　而在另一种兼容模式下，计算机允许在64bit操作系统完美世界私服下不需要预编译就可以运行大多数传统16bit或32bit应用程序，这和传统IA-32模式下基本相同，只不过此时的操作系统和驱动程序都是64bit的。 　　从上面的描述我们可以看出，在不同模式的转换中，处理最大的变化便是寄存器的改变。这正是因为64bit与32bit定义的最大不同就是在寄存器上。我们可以从下表看出寄存器的具体变化情况。 64位模式 64兼容模式 名称 数量 容量bits 名称 数量 容量bits 通用寄存器（GPRs） RAX,BX, RCX,RDX, RBP,RSI, RDI,RSP, R8-15 16 64 EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, ESI, EDI, ESP 8 32 指令指针 RIP 1 64 EIP 1 32 浮点寄存器 ST0-7 8 80 ST0-7 8 80 多媒体寄存器 MM0-7 8 64 MM0-7 8 64 SSE寄存器 XMM0-15 16 128 XMM0-7 8 128 栈宽度 无 64 无 16或32 　　在上表中，我们可以清楚地看到处理器的寄存器在不同模式下的变化情况。虽然支持EM64T的Prescott核心拥有16个GPRs（通用寄存器），但他们并非任何时候都会工作的，Intel根据不同的运行模式定义了他们的工作状态。

支持EM64T的处理器型号 　　EM64T技术最早是被应用在采用了Nocona核心的Xeon处理器上，尽管Prescott核魔域私服心支持EM64T技术，但直到最近的Prescott 2M核心，EM64T才开始被激活。这样，支持此技术的处理器便有Xeon、Pentium 4 Extreme Edition以及Pentium 4 600系列等，具体的处理器型号请参阅下表。 处理器型号 主频 核心 L2 制程 前端总线FSB 接口 Xeon 2.80-3.60GHz Nocona 1M/2M 90nm 800 MHz Socket604 Pentium 4 Extreme Edition 3.73GHz Prescott 2M 2M 90nm 1066 MHz LGA775 Pentium 4 660 3.6GHz Prescott 2M 90nm 800MHz LGA775 Pentium 4 650 3.4GHz Prescott 2M 2M 90nm 800MHz LGA775 Pentium 4 640 3.2GHz Prescott 2M 2M 90nm 800MHz LGA775 Pentium 4 630 3.0GHz Prescott 2M 2M 90nm 800MHz LGA775

下图显示了64位工作模式。从图1我们可以看出64 bit处理器的指令宽度并没有改变，只是增大了通用寄存器和数据通道的宽度，可以简单的理解为64 bit处理器是拥有数据宽度为64 bit的寄存器并且可以一次传输，魔域私服运算64 bits的数据。那么64 bit处理器都有哪些优点呢？     1、可以进行更大范围的整数运算，一个32 bit整数可以表示232也就是4GB数值，而一个64 bit整数264也就是1800万TB，可以看作无限大。     2、可以支持更大的内存，即64 bit处理器可以支持64 bit内存魔域私服寻址。     以往我们认为64位计算机的强大性能更适合于大型服务器和专业工作站，似乎对于面向普通用户的桌面PC来说有些大材小用了。其实不然，随着互联网和多媒体应用的发展，桌面PC用户对于电脑性能的也日益增加，比如大型的3D游戏、HDTV的播放等等完美世界私服，同样需要强大的运算性能。

EM64T（Intel Extended Memory 64 Technology）即64位英特尔内存扩展技术，该技术为服务器和工作站平台应用提供扩充的内存寻址能力，拥有更多的内存地址空间，可带来更大的应用灵活性，理论上最大可使用16EB，足够满足当前和将来的软件应用需求，特别有利于提升音视频编辑，CAD等复杂工程软件及游戏软件的应用。而普通的32位CPU可寻址内存最大为4GB（约40亿字节）。目前只有800MHz前端系统总线的至强支持EM64T技术。    我们常说的64位指的是AMD公司出的64位CPU，而EM64T则是intel按照自己的意思理解出来的64位,也就是和amd的64位对应的另外一种叫法。实际上EM64T是在32位基础上扩展来的,应该是一种伪64,是过渡期的一种解决方案。说白了提到64位指的是AMD的64位CPU，而EM64T则指的完美世界私服是INTEL公司的CPU。
  
    实际上AMD的64位CPU是64位兼容32位运算，而INTEL的EM64T是32位兼容64位运算。
    最后我们需要注意的一点是：64 bit处理器的性能并不相当于两倍32 bit处理器的性能。我们不能因为数字上的变化，而简单的认为64 bit处理器的性能是32 bit处理器性能的两倍。实际上在32 bit应用下，32 bit处理器的性能甚至会更强，即使是64 bit处理器，目前情况下也是在32 bit应用下性能更加强大。所以我们在认清64 bit处理器优势的同时，完美世界咨迅站不可过度迷信64 bit。