64位服务器解析...

基于X86-64架构的处理器如何实现兼容的应用模式

为了使用户的计算平台实现从32位到64位体系结构的平滑过渡，AMD公司开发了独特的X86-64结构。与目前的一些64位平台相比，基于X86结构的处理器可以实现对现有32位程序的完全兼容，而且这种兼容运行模式是完全基于硬件的，而不是通过低效率的模拟32位指令方式来实现。这样我们可以在X86-64平台上继续使用现有的应用程序，不必等待开发人员或软件厂商对程序的源代码进行重新编译，这将为用户省去大量的购买以及相关的培训费用。

在某种程度上基于X86-64架构的Opteron处理器平台可以看作是以往X86-32的扩展，如果不考虑对64位指令的支持，基于X86-64结构的处理器在指令的执行顺序以及处理过程都是一样的。AMD对Opteron处理器的寄存器作出了较大改进。寄存器是处理器内部在运算过程中暂时存放数据的存储单元，里面保存着那些正准备要处理的数据或者是已经处理过的数据。CPU的运算单元访问寄存器所用时间要比访问处理器缓存以及内存的时间都要短。增加寄存器，可减少CPU 访问处理器L1、L2缓存以及内存次数，从而提高CPU的工作速度。寄存器中的通用寄存器用途广泛并可由软件开发人员自行规定其用途。通用寄存器的数目因处理器结构而异，X86-32位处理器具有EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP、ESP共8个32位通用寄存器等。与以往的32位X86结构相比，AMD的64位处理器在原有的8个通用寄存器的基础上又增添了8个寄存器。这8个寄存器是工作在64位下，经过64位编码的程序就可以使用到它们。AMD同时也将原有的EAX等寄存器扩展至64位的RAX。从扩充方式上看，EAX等寄存器可以看作是RAX的一个子集，系统仍旧可以完整地执行以往的32位编码程序。通用寄存器除了可高效的存储数据外，还可作为寻址时的地址指针，从而缩短指令长度和指令执行时间，加快CPU的运算处理速度，同时也给编程带来方便。单单从寄存器结构来看，X86-64较多的寄存器将会大幅度的提升处理器的性能，也会更加受到软件开发人员的喜爱。

目前的处理器产品都采用了SIMD（单指令多数据）技术来提高处理器的运算能力，常见的单指令多数据技术分别有Intel公司的SSE、SSE2以及AMD公司的3DNow!，以往的X86-32结构的AMD处理器除了具备3DNow！技术外还提供了对Intel SSE指令集的兼容，而X86-64则通过16个寄存器来提供对SSE2的支持。在SIMD技术方面，AMD的X86-64结构将提供比以往任何设计都要出色的兼容性。

为了更好的在32/64位混合模式下工作，X86-64结构提供了多种处理器工作模式。在“长模式”下如果用户使用64位操作系统以及为64位计算编译的软件，那么就可以获得8个新增64位通用寄存器、扩展6 4位通用寄存器等众多新特性。“长模式”下还包含了一种“兼容模式”，在此模式下用户可以在64位操作系统上运行32位的应用程序，从应用程序的角度看，在“兼容模式”下其所使用的处理器也就是普通32位X86处理器。而从操作系统的角度来看，常规的地址变换，中断以及系统数据结构操作都是在64位“长模式”下进行的。“传统模式”则是AMD的64位处理器为32位应用所提供的运行模式，这种模式下的X86-64结构处理器的运行与一般的32位处理器没有区别，可以完全兼容目前的32位操作系统以及32位应用程序。

Opteron 处理器的技术基石

高性能64位处理平台并不仅仅意味着64位处理器，它还代表着对处理器以及相关芯片组结构的一次巨大改进。如果要让处理器充分的发挥性能，必要的硬件平台是必不可少的，更高频率工作的内存以及系统的总线都是需要改进的地方。即使是对现在的处理器，改进内存以及系统总线也仍然可以让它们更好的发挥性能。

长久以来，我们所熟悉的主板芯片组都是基于南桥芯片及北桥芯片。在北桥芯片中集成着内存控制器、AGP控制器，它是直接与处理器进行数据交换的单元。在运算过程中，处理器需要与内存进行大量的数据交换，而这些数据交换都需要经过北桥芯片。在过去的一些多处理器系统中，共享数据总线是经常被采用的方式。虽然这条总线可以通过提升工作频率等方式来提高带宽，但是相对与处理器运算性能的提升还是不够的。

在AMD 64位的Opteron 处理器中集成了内存控制器，从而使内存的工作频率也能够达到与处理器相同的水平，其反应时间也会更短。与现有的内存控制器相比，Opteron 处理器中的内存控制器可以提高5%到20%的内存性能。另一个好处是，通过将内存控制器集成在处理器中，AMD的64位处理器可以避免由于主板芯片组上的内存控制器性能低下所引起的系统整体性能下降的现象。即使在AMD提供的64位多处理器解决方案中，每个处理器也都会使用自己的内存控制器来连接内存，从而有效避免了处理器之间争夺总线的情况，也使得多处理器系统可以更加充分的发挥性能。

64位的Opteron处理器采用了HyperTransport技术来进行数据交换，而其数据带宽达到了3.2GBps。除此以外，在处理器与芯片组之间以及主板芯片的主要数据通道都采用了HyperTransport。AMD开发的HyperTransport技术具有更高的速度以及更低的延迟时间。通过采用不同的工作频率以及工作位，HyperTransport可以为不同的应用环境提供从100MBps到6400MBps等不同带宽的总线。这样我们不但可以使用HyperTransport作为多处理器之间的数据通道，而且还使X86-64能够通过不同的组和实现多种解决方案。由于处理器中集成了内存控制器，在X86-64平台中的芯片组则更多的是承担着单一任务。以AMD 8000芯片组为例，其中的8151为AGP控制器、8131为PCI-X控制器，8111则控制USB、IDE等I/O通道。如果用户需要的只是高性能的文件服务器平台，那么通过多处理器以及8131、8111芯片就可以实现。在该系统中，用户可以采用一个8131芯片，也可以通过采用多个8131芯片来实现更好的PCI-X控制性能。这些控制芯片可以串联，也可以使用HyperTransport来分别连接到各个处理器上。

为了使新的64位处理器获得更高的工作频率并降低功耗，AMD将使用SOI技术制造新的64位处理器。在相同的功耗下，使用SOI技术制造的处理器可以提高35％的运行速度。

64位Opteron 处理器的出色结构以及HyperTransport技术在X86-64位计算平台中的应用，使用户可以根据自己的应用环境来灵活搭配硬件平台。对于那些需要高端运算平台的用户，X86-64位平台将在性能以及灵活性上充分满足用户的需要。