複製鏈接
請複製以下鏈接發送給好友

64位操作系統

鎖定
64位操作系統是指特別為64位架構計算機系統而設計的操作系統
64位操作系統的優點,在於能夠利用64位處理器的優勢,在處理多媒體內容時能夠有更佳的表現。 [1] 
在計算機架構中,64位整數內存地址或其他數據單元,是指它們最高達到64位(8字節)寬。此外,64位CPU和算術邏輯單元架構是以寄存器內存總線或者數據總線的大小為基準。 64 位CPU在1960年代,便已存在於超級計算機,且早在1990年代,就有以 RISC 為基礎的工作站和服務器。2003年才以 x86-64 和 64 位 PowerPC 處理器架構的形式引入到(在此之前是 32 位)個人計算機領域的主流。
中文名
64位操作系統
使用對象
64位架構計算機
引入時間
2003年
優    勢
處理多媒體內容有更佳的表現

64位操作系統歷史發展

1978至1995年:16位大行其道
1978年,Intel推出了首個16位CPU。在此期間,操作系統走過了16位的PC-DOS、MS-DOS、CP/M-86、UCSD Pascal P-System,MS-DOS開始成為個人計算機操作系統的霸主,直到今天,DOS在Windows系統維護中仍然扮演着重要的角色。
1985年,微軟推出了Windows 1.0,之後又陸續推出了Windows 2.0、Windows 286、Windows 386,但由於性能平平而沒有得到人們的注意。直到1990年5月,微軟推出了Windows 3.0,加入了許多有用的功能,並首次加入了多媒體功能,被輿論稱為“多媒體的DOS”。Windows 3.0一經面世,就取得驚人的成功,一舉奠定了微軟在操作系統上的壟斷地位。
1995至2005年:從16位到32位的飛躍
1985年Intel推出了首個32位處理器。在此期間,1995年8月,微軟推出了Windows 95,稱為操作系統發展史上一個里程碑。從Windows 95到Windows 98/ME,都是混合16/32位計算的操作系統,並不是純32位操作系統,穩定性和性能方面雖比過去得到了較大的提升,但仍不能滿足人們對計算機應用的需要。
2000年,微軟推出了Windows 2000,開闢了個人桌面32位計算與應用的新時代。2001年發佈的Windows XP成為目前使用率最高的操作系統。
32位計算時代最成功的應用就是多媒體和Internet,32位的Windows平台上湧現了很多之前只能運行在SGI等大型圖形工作站的應用程序,如3DMax、Photoshop等,人們不再為這些多媒體創作而購買極其昂貴的圖形工作站,日益成熟的32位計算開闢了PC擔任多媒體應用工具的新紀元。
綜述:64位操作系統最早在中小型計算機上實現,主要是一些Unix系統。此後英特爾惠普公司合作研製的IA-6464位處理器(代號 Itanium 2)推出後,出現了此平台上的64位Linux微軟Windows操作系統(即基於IA-64的Windows XP 64位版本)。之後AMD推出了64位的X86-64架構CPU,很快就在Linux平台得到支持,並且微軟也提供了64位版本的Windows XP操作系統(全稱Windows XP Professional x64),使得IA-64位處理器日漸式微。最終英特爾決定推出與AMD之前推出的AMD64兼容的64位CPU,稱為Intel 64。蘋果切換到英特爾平台後也開始開發64位操作系統。
早期的解決方案十分古怪:如Tiger和Leopard以32位系統為核心,支持程序以64位模式運行,導致實際執行效率並不高。而後期的系統趨於完善,如Snow Leopard和更新的系統本身已於64位模式運行,可運行64位程序,也可以用兼容模式運行32位程序。

64位操作系統內存限制

一個 64 位的 CPU,內部可能有外部數據總線或不同大小的地址總線,可能比較大或比較小;術語“64位”也常用於描述這些總線的大小。例如,有許多機器有着使用 64 位總線的 32 位處理器(如最初的 Pentium 和之後的 CPU),因此有時會被稱作“64位”。同樣的,某些 16 位處理器指的是 16/32 位處理器具有 16 位的總線,不過內部也有一些 32 位的性能。這一術語也可能指計算機指令集指令長度,或其它的數據項(如常見的 64 位雙精度浮點數)。去掉進一步的條件,“64位”計算機架構一般具有 64 位寬整數寄存器,它可支持(內部和外部兩者) 64 位“區塊”(chunk)的整數型數據。
大部分的 CPU(截至2005 年),其單個寄存器可存放虛擬內存中任意數據的內存地址(本機)。因此,虛擬內存(計算機在程序的工作區域中所能保留的數據總量)中可用的地址取決於寄存器的寬度。自 1960 年的 IBM System/360 起,然後1970年的 DEC VAX微型計算機,以及1980年中期的 Intel 80386,在事實上一致開發合用的 32 位大小的寄存器。32 位寄存器意味着 2^32 的地址,或可使用 4 GB 的內存。當時在設計這些架構時,4 GB 的內存遠遠超過一般所安裝的可用量,而認為已足夠用於尋址。認為 4 GB 地址為合適的大小,還有其它重要的理由︰在應用程序中,如數據庫,42 億多的整數已足夠對大部分可計算的實例分配唯一的參考引用。
然而在 1990年初,成本不斷降低的內存,使安裝的內存數量逼近 4 GB,且在處理某些類型的問題時,可以想像虛擬內存的使用空間將超過 4 GB 上限。為此,一些公司開始釋出新的 64 位架構芯片家族,最初是提供給超級計算機、頂級工作站和服務器機器。64位運算逐漸流向個人計算機則出現在 2003 年,並在 2006 年,轉向 EM64T 處理器,且 x86-64 處理器在頂級的 PC 中遂漸普及。64 位架構的出現,有效的將內存上限提升至 2^64 地址,16 EB 的內存。從這個角度來看,在 4 MB 主內存很普遍時,最大的內存上限 2^32 的地址大約是一般安裝內存的 1000 倍。當 1 GB 的主內存很普遍時,2^64 的地址上限大約是 1 百億倍。
市面上大部分的消費級 PC 存在着人為的內存限制,因受限於實例上的限制,而幾乎不太可能需要完整支持 16 EB 容量。舉例來説,Apple的 Mac Pro 最多可安裝實例內存至 16 GB,而無必要支持超過的大小。Linux內核(版本 2.6.16)可編譯成最高支持 64 GB 的內存Windows VistaUltimate支持超過128G內存。

64位操作系統處理器

這裏的64位技術是相對於32位而言的,這個位數指的是CPU GPRs(General-Purpose Registers,通用寄存器)的數據寬度為64位,64位指令集就是運行64位數據的指令,也就是説處理器一次可以運行64bit數據。64bit處理器並非才有的,在高端的RISC(Reduced Instruction Set Computing,精簡指令集計算機)就有64bit處理器,比如SUN公司的UltraSparc Ⅲ、IBM公司的POWER5、HP公司的Alpha等。
主流CPU使用的64位技術主要有AMD公司的AMD64位技術、Intel公司的EM64T技術、和Intel公司的IA-64技術。其中IA-64是Intel獨立開發,不兼容傳統的32位計算機,僅用於Itanium(安騰)以及Itanium 2,一般用户不會涉及到,因此這裏僅對AMD64位技術和Intel的EM64T技術做一下簡單介紹。

64位操作系統AMD64位技術

AMD64的位技術是在原始32位X86指令集的基礎上加入了X86-64擴展64位X86指令集,使這款芯片在硬件上兼容原來的32位X86軟件,並同時支持X86-64的擴展64位計算,使得這款芯片成為真正的64位X86芯片。這是一個真正的64位的標準,X86-64具有64位的尋址能力。
X86-64新增的幾組CPU寄存器將提供更快的執行效率。寄存器是CPU內部用來創建和儲存CPU運算結果和其它運算結果的地方。標準的32-bit x86架構包括8個通用寄存器(GPR),AMD在X86-64中又增加了8組(R8-R15),將寄存器的數目提高到了16組。X86-64寄存器默認位64-bit。還增加了8組128-bit XMM寄存器(也叫SSE寄存器,XMM8-XMM15),將能給單指令多數據流技術(SIMD)運算提供更多的空間,這些128位的寄存器將提供在矢量和標量計算模式下進行128位雙精度處理,為3D建模、矢量分析和虛擬現實的實現提供了硬件基礎。通過提供了更多的寄存器,按照X86-64標準生產的CPU可以更有效的處理數據,可以在一個時鐘週期中傳輸更多的信息。

64位操作系統EM64T技術

Intel官方是給EM64T這樣定義的:EM64T全稱Extended Memory 64 Technology,即擴展64bit內存技術。EM64T是Intel IA-32架構的擴展,即IA-32e(Intel Architectur-32 extension)。IA-32處理器通過附加EM64T技術,便可在兼容IA-32軟件的情況下,允許軟件利用更多的內存地址空間,並且允許軟件進行32 bit線性地址寫入。EM64T特別強調的是對32 bit和64 bit的兼容性。Intel為新核心增加了8個64 bit GPRs(R8-R15),並且把原有GRPs全部擴展為64 bit,如前文所述這樣可以提高整數運算能力。增加8個128bit SSE寄存器(XMM8-XMM15),是為了增強多媒體性能,包括對SSE、SSE2和SSE3的支持。
Intel為支持EM64T技術的處理器設計了兩大模式:傳統IA-32模式(legacy IA-32 mode)和IA-32e擴展模式(IA-32e mode)。在支持EM64T技術的處理器內有一個稱之為擴展功能激活寄存器(extended feature enable register,IA32_EFER)的部件,其中的Bit10控制着EM64T是否激活。Bit10被稱作IA-32e模式有效(IA-32e mode active)或長模式有效(long mode active,LMA)。當LMA=0時,處理器便作為一顆標準的32 bit(IA32)處理器運行在傳統IA-32模式;當LMA=1時,EM64T便被激活,處理器會運行在IA-32e擴展模式下。
AMD方面支持64位技術的CPU有Athlon 64系列、Athlon FX系列和Opteron系列。Intel方面支持64位技術的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。

64位操作系統與32位區別

簡單的説x86代表32位操作系統 x64代表64位操作系統。如果你的CPU是雙核以上,那肯定支持64位操作系統了。如果你的電腦內存大於4G,那就要用64位的系統了,因為32位的Windows 7也好,Vista也好,最大都只支持3.25G的內存。而64位的windows 7最大將支持128G的內存。
64bit計算主要有兩大好處:可以進行更大範圍的整數運算;可以支持更大的內存。
內存這是64位系統最顯著的優點,它可以使用超過4GB的內存 。大多數新的台式機和筆記本電腦至少擁有4GB的內存。問題是,像Vista和Win 7的32位版本只能夠用大約3GB的內存 。相比之下,64位的Windows 不僅可以利用高達128GB的內存,還能夠使用的內存映射取代BIOS的功能,從而使操作系統真正使用完整的4GB的。
參考資料
  • 1.    龐麗萍.計算機操作系統:人民郵電出版社,2010年8月