x86-64 (x64): 64-bitiste protsessorite ja arhitektuuri ülevaade

Põhjalik ülevaade x86-64 (x64) 64-bitistest protsessoritest ja arhitektuurist: AMD64, Intel64, ühilduvus x86 tarkvaraga, APU kasutusalad ja jõudlusvõrdlused.

x86-64 on 64-bitiste protsessorite seeria ja nendega seotud käsurea arhitektuuri üldnimetus. Need protsessorid on ühilduvad vanema x86 tarkvaraga.

AMD ja Intel on peamised tootjad ning VIA toetas seda ka VIA Nano protsessoritega. Nad nimetavad oma 64-bitiseid protsessoreid vastavalt AMD64, Intel64 ja VIA x86-64 protsessoriteks. Mängukonsoolid nagu Microsoft Xbox One ja Sony PlayStation 4 kasutavad peaprotsessoritena oma pooleldi kohandatud AMD64-põhiseid APU-sid.

x64 on teine nimetus, mida kasutatakse sellistel protsessoritel põhinevate 64-bitiste laiendatud süsteemide kohta. Sageli kasutatakse x64-i, et viidata sellega seotud käsurea arhitektuurile ja protsessorile.

Põhilised omadused

x86-64 laiendab traditsioonilist x86-instruktsioonide komplekti, lisades 64-bitised registrid ja aadressimise võimalused. Peamised tehnilised omadused hõlmavad:

• 64-bitised üldotstarbelised registrid (nt RAX, RBX, RCX jne) ja laiendatud registrihulk: kokku 16 üldotstarbelist registrit, mis parandavad arvu- ja andmetöötluse efektiivsust.
• Suurendatud aadressiruumi, mis võimaldab töödelda palju suuremaid mäluhulki kui 32-bitised süsteemid (virtuaalse ja füüsilise mälu piirid sõltuvad protsessori ja platvormi versioonist).
• Uued aadressimisvõtted, nagu RIP-relatiivne aadressimine, mis lihtsustab kompileeritud koodi positsioonist sõltumatust.
• Kõrge ühilduvus pärandi x86 tarkvaraga — paljud 32-bitised ja isegi 16-bitised rakendused töötavad vastava toe korral kas otseselt või läbi ühilduvuskihtide/virtualisatsiooni.

Ühilduvus ja tarkvaratoetus

x86-64 disain on tehtud tagamaks tagasiühilduvust olemasoleva x86-tarkvaraga. Põhimõtteliselt on olemas kaks peamist töörežiimi:

• Long Mode — 64-bitine režiim, millel on 64-bitised registrid ja aadressid.
• Compatibility Mode — võimaldab 64-bitisel operatsioonisüsteemil käivitada 32-bitiseid rakendusi ilma, et need peaksid olema ümberkompileeritud.

Paljud kaasaegsed opsüsteemid toetavad x86-64: Windowsi 64-bitised versioonid, enamik Linuxi distributsioone, BSD-põhised süsteemid ja varasematel aastatel ka macOS (enne üleminekut ARM-i). Tarkvaraarendajad saavad kasu suuremast aadressiruumi ja täiendavatest registritest, kuid vahel tuleb arvestada ka muutunud andmete suuruse ja mälukasutusega (nt pointerite suurenemine).

Ajaloost ja nimetustest

AMD kujundas ja tõi turule esmalt AMD64 arhitektuuri (umbes 2003), mis laiendas olemasolevat x86 arhitektuuri 64-bitile. Intel vastas hiljem oma variandiga (Intel 64, varem tuntud ka kui EM64T). Kuigi algselt olid tootjate implementeeringud veidi erinevad mikroarhitektuuri tasemel, on ISA (instruktsioonikomplekt) tasandil need ühilduvad ning tarkvara, mis on kirjutatud x86-64 jaoks, töötab mõlemal platvormil.

Rakendused ja kasutusvaldkonnad

x86-64 on laialtlevinud serverites, lauaarvutites, sülearvutites, tööstus- ja mänguseadmetes. Seda kasutatakse nii professionaalses tarkvaraarenduses, andmetöötluses, virtuaalmasinates kui ka igapäevastes kodumasinates. Näiteks on mitmed kaasaegsed mängukonsoolid ja hulgad serveriprotsessorid AMD64-põhised (nagu eelpool mainitud).

Tehnilised üksikasjad ja piirangud

Kuigi x86-64 toob kaasa märkimisväärseid eeliseid (rohkem mälu, rohkem registrit, paremad aritmeetikavõimalused), on ka mõned kaalutlused:

• Mõnel juhtumil võib 64-bitine õhutus (nt suuremad pointerid) suurendada mälukasutust, eriti pointeri- ja tabelikeskses koodis.
• Vananenud 16-bitine kood ei pruugi töötada otse 64-bitises režiimis ilma emulatsiooni või virtuaalmasinata.
• Aadressiruumi tegelik suurus ja toe ulatus (nt füüsiline vs virtuaalne mälu) sõltub protsessori ja süsteemi versioonist ning tootja laiendustest.

Nõuanded tarkvara- ja süsteemihalduritele

• Kui võimalik, kasutage 64-bitiseid operatsioonisüsteeme ja rakendusi, kui töötate suurte andmehulkade, andmebaaside või virtuaalmasinatega.
• Testige rakendusi nii 32- kui 64-bitises režiimis, et leida mälukasutusest tulenevad kitsaskohad.
• Kontrollige draiverite ja spetsiifilise riistvara ühilduvust enne migratsiooni 64-bitisele platvormile.

Kokkuvõte: x86-64 (tavaliselt lühendatult x64) on laialt levinud 64-bitine laiendus klassikalisele x86 arhitektuurile, mis võimaldab kasutada suuremat mälu, rohkem üldotstarbelisi registreid ning säilitada laialdast ühilduvust pärandtarkvaraga. Peamised tootjad on AMD, Intel ja mõningal määral VIA, ning arhitektuuri leiab nii tarbe- kui ka tööstuslikes rakendustes.

Otsing