基于X86-64架構(gòu)的處理器如何實現(xiàn)兼容的應用模式

　　為了使用戶的計算平臺實現(xiàn)從32位到64位體系結(jié)構(gòu)的平滑過渡，AMD公司開發(fā)了獨特的X86-64結(jié)構(gòu)。與目前的一些64位平臺相比，基于X86結(jié)構(gòu)的處理器可以實現(xiàn)對現(xiàn)有32位程序的完全兼容，而且這種兼容運行模式是完全基于硬件的，而不是通過低效率的模擬32位指令方式來實現(xiàn)。這樣我們可以在X86-64平臺上繼續(xù)使用現(xiàn)有的應用程序，不必等待開發(fā)人員或軟件廠商對程序的源代碼進行重新編譯，這將為用戶省去大量的購買以及相關的培訓費用。

　　在某種程度上基于X86-64架構(gòu)的Opteron處理器平臺可以看作是以往X86-32的擴展，如果不考慮對64位指令的支持，基于X86-64結(jié)構(gòu)的處理器在指令的執(zhí)行順序以及處理過程都是一樣的。AMD對Opteron處理器的寄存器作出了較大改進。寄存器是處理器內(nèi)部在運算過程中暫時存放數(shù)據(jù)的存儲單元，里面保存著那些正準備要處理的數(shù)據(jù)或者是已經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)。CPU的運算單元訪問寄存器所用時間要比訪問處理器緩存以及內(nèi)存的時間都要短。 增加寄存器，可減少CPU 訪問處理器L1、L2緩存以及內(nèi)存次數(shù)，從而提高CPU的工作速度。

　　寄存器中的通用寄存器用途廣泛并可由軟件開發(fā)人員自行規(guī)定其用途。通用寄存器的數(shù)目因處理器結(jié)構(gòu)而異，X86-32位處理器具有EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP共8個32位通用寄存器等。與以往的32位X86結(jié)構(gòu)相比，AMD的64位處理器在原有的8個通用寄存器的基礎上又增添了8個寄存器。這8個寄存器是工作在64位下，經(jīng)過64位編碼的程序就可以使用到它們。AMD同時也將原有的EAX等寄存器擴展至64位的RAX。從擴充方式上看，EAX等寄存器可以看作是RAX的一個子集，系統(tǒng)仍舊可以完整地執(zhí)行以往的32位編碼程序。通用寄存器除了可高效的存儲數(shù)據(jù)外，還可作為尋址時的地址指針，從而縮短指令長度和指令執(zhí)行時間，加快CPU的運算處理速度，同時也給編程帶來方便。單單從寄存器結(jié)構(gòu)來看，X86-64較多的寄存器將會大幅度的提升處理器的性能，也會更加受到軟件開發(fā)人員的喜愛。

　　目前的處理器產(chǎn)品都采用了SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）技術來提高處理器的運算能力，常見的單指令多數(shù)據(jù)技術分別有Intel公司的SSE、SSE2以及AMD公司的3DNow!，以往的X86-32結(jié)構(gòu)的AMD處理器除了具備3DNow！技術外還提供了對Intel SSE指令集的兼容，而X86-64則通過16個寄存器來提供對SSE2的支持。在SIMD技術方面，AMD的X86-64結(jié)構(gòu)將提供比以往任何設計都要出色的兼容性。

　　為了更好的在32/64位混合模式下工作，X86-64結(jié)構(gòu)提供了多種處理器工作模式。在“長模式”下如果用戶使用64位操作系統(tǒng)以及為64位計算編譯的軟件，那么就可以獲得8個新增64位通用寄存器、擴展6 4位通用寄存器等眾多新特性。“長模式”下還包含了一種“兼容模式”，在此模式下用戶可以在64位操作系統(tǒng)上運行32位的應用程序，從應用程序的角度看，在“兼容模式”下其所使用的處理器也就是普通32位X86處理器。而從操作系統(tǒng)的角度來看，常規(guī)的地址變換，中斷以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作都是在64位“長模式”下進行的。“傳統(tǒng)模式”則是AMD的64位處理器為32位應用所提供的運行模式，這種模式下的X86-64結(jié)構(gòu)處理器的運行與一般的32位處理器沒有區(qū)別，可以完全兼容目前的32位操作系統(tǒng)以及32位應用程序。