x86-64

x86-64 (x64/AMD64/Intel64/EM64T) — аппаратная платформа. Автором технологии является компания AMD. Платформа создана для выполнения 64-разрядных приложений.

Представляет собой расширение x86-архитектуры, обладает практически полной обратной совместимостью.

Компании Microsoft и Oracle применяют для индикации данного набора инструкций термин «x64», хотя каталог с файлами в дистрибутивах Linux имеет название «amd64» (в случае с архитектурой x86, именуется как «i386»).

На сегодняшний день, платформу x86-64 поддерживают следующие компании:

Название

Есть несколько вариаций названия данной технологии. Порой, противоречия в именовании платформы в каждой отдельной компании создают общую путаницу. Попробуем разобраться в терминологии:

Зачастую, пользователи сами путают архитектуру Intel 64 с IA-64. Важно помнить, что Intel 64 и IA-64 — совершенно разные, несовместимые между собой платформы:

Режимы

Имеется два режима работы данной архитектуры:

«Long Mode»

«Длинный» режим не содержит в себе некоторые «рудименты» x86-архитектуры. Например, режим виртуального 8086, сегментированную модель памяти, аппаратную мультизадачность, и прочее.

«Длинный» режим имеет одну яркую особенность: его активация производится посредством установки флага CR0.PG. Он применяется для включения страничного MMU (если это переключение разрешено (EFER.LME=1). Если переключение недопустимо, включение MMU происходит в «наследственном» режиме.

Так, исполнение 64-битного кода с запрещенным страничным преобразованием невозможно, что приводит к определенным сложностям в программировании, ведь при переключении из «длинного» в «наследственный» режим (и обратно) необходим двойной сброс MMU. Для этого код переключения должен быть в тождественно отображенной странице.

«Legacy Mode»

Этот режим зовется «наследственным» по той причине, что дает возможность процессору AMD64 работать с инструкциями, которые рассчитаны для x86-процессоров. Кроме того, в рамках активации данного режима, осуществляется полная совместимость с 32-битным кодом и соответствующими ОС.

Процессор в «наследственном» режиме работает точно так же, как стандартный x86-процессор. Дополнительные функции, доступные под архитектурой AMD64, становятся неактивны.

При активации данного режима, 64-битные программы и соответствующие операционные системы функционировать не будут.

Особенности

Чтобы осуществить адресацию регистров, для команд введены специальные «префиксы расширения регистра». Специально для них был выбран диапазон кодов 40h-4Fh, использующихся для команд INC и DEC в 32-битных режимах. Команды INC и DEC в 64-битном режиме кодируются в общей двухбайтовой форме.

Платформа x86-64 включает в себя:

Сегментирование

В ходе создания архитектуры x86-64, специалисты компании AMD пришли к решению окончательно покончить с главным «рудиментом» архитектуры x86 — сегментной моделью памяти. Она поддерживалась еще во времена 8086/80286.

При создании новой версии продукта виртуализации, программисты VMware обнаружили ряд непреодолимых трудностей. Загвоздки возникали в процессе реализации виртуальной машины для 64-битных систем. Чтобы отделить код монитора от кода «гостя», программа применяла механизм сегментации, но данная задача так и не была реализована на практике.

После ряда неудачных экспериментов, компания AMD возобновила ограниченный вариант сегментной организации памяти (начиная с ревизии D архитектуры AMD64). Это дало возможность запускать 64-битные операционные системы в виртуальных машинах. Компания Intel не стала следовать такому примеру. Чтобы осуществить проверку процессора на предмет возможности запуска 64-битных гостевых операционных систем, VMware снабжает продукты специальной утилитой.

Команды LAHF и SAHF, вырезанные изначально, были возвращены в систему команд из-за их активного использования в программном обеспечении виртуализации.

По мере развития средств аппаратной виртуализации (Intel VT, AMD-V), необходимость в сегментации постепенно утрачивается.

Источник

x86 это 32 или 64 битная Windows? — История CPU

Всем доброго времени суток дорогие посетители блога айтишнега… У меня довольно часто интересуются — x86 это 32 или 64 битная Windows? Поддаваясь логике — можно предположить что x86 явно больше чем x64, но на практике оказывается что x86 равно x32… но тогда почему так пишут и кому надо ударить по голове, чтобы такой путаницы не было?

А теперь давайте я просто взорву вам мозг — x86 равно x32, и внимание, равна x64 — вы были к такому готовы? — думаю нет… теперь давайте разбираться что, как и куда! Чтобы ответить на этот не самый простой вопрос нам нужно вернуться на несколько десятилетий назад, именно оттуда и идет вся эта заварушка.

По голове надо настучать авторам, которые пишут в требованиях к компьютеру x86 и x64 в связке. Писать такое — грубая ошибка, но этим грешат все… x86 — это архитектура процессора, которая отлично себя чувствует и на 64 битных процессорах и на 32 битных! Маркировка x86 пошла от названия первого процессора от компании Intel i8086 и более новых моделей. Потом первые цифры менялись и сокращенно их объединяли x86 на конце модели — этакая линейка процессоров. Конечно же это было очень давно и процессоры маркируются совершенно по другому, но x86 прочно засела в документации и частенько вводит людей в путаницу… которые особо то не интересовались архитектурой процессоров и не вникали в историю их создания

x86 это 32 или 64 битная Windows?

x86 — это не разрядность, а архитектура… но как показала практика — x86 приравняли к 32 битной операционной системе. Если пренебречь всеми правилами, то можно сказать да, x86 равна 32 битной системе в большинстве случаев.

Правильный вариант обозначения выглядел бы примерно так для 32 разрядной операционной системы (OS_WINDOWS_x86_32bit) или так для 64 битной (OS_WINDOWS_x86_64bit), но у нас все поперепутали!

Тут еще нюанс в том, что 32 битные процессоры уже очень и очень продолжительное время были единственными на рынке, и они были архитектуры x86… а когда вышли 64 разрядные — их стали обозначать x64, а для 32 биток оставили все как есть!

x32 или x64 — Что лучше?

В плане производительности конечно же 64 разрядная операционная система имеет явное преимущество, а вот 32 разрядная ОС очень ужата в ресурсах оперативной памяти. 32 битка не может адресовать более 4 гигабайт оперативной памяти, но по факту она видит не более 3,25 гигабайт из четырех! Однако некоторые приложения могут не запуститься на 64 битной WIndows — что и является сдерживающим фактором перехода но новую ОС.

x86 это 32 или 64 битная Windows? — теперь вы можете сами ответить на этот вопрос… главное знать что и куда, а применить знания можно уже в конкретном случае — тут правильность вашего видения может оказаться ошибочным…

Источник

64 бита

Статья раскрывает смысл термина «64 бита». В статье кратко рассмотрена история развития 64-битных систем, описаны наиболее распространенные на данный момент 64-битные процессоры архитектуры Intel 64 и 64-битная операционная система Windows.

Введение

В рамках архитектуры вычислительной техники под термином «64-битный» понимают 64-битные целые и другие типы данных, имеющих размер 64 бита. Под «64-битными» системами могут пониматься 64-битные архитектуры микропроцессоров (например, EM64T, IA-64) или 64-битные операционные системы (например, Windows XP Professional x64 Edition). Можно говорить о компиляторах, генерирующих 64-битный программный код.

В данной статье будут рассмотрены различные моменты, связанные с 64-битными технологиями. Статья предназначена для программистов, желающих начать разрабатывать 64-битные программы, и ориентирована на Windows-разработчиков, поскольку для них вопрос знакомства с 64-битными системами наиболее актуален.

История 64-битных систем

64-битность только недавно вошла в жизнь большинства пользователей и прикладных программистов. Однако работа с 64-битными данными имеет уже длинную историю.

1961: IBM выпускает суперкомпьютер IBM 7030 Stretch, в котором используются 64-битные слова данных, 32-битные или 64-битные машинные инструкции.

1974: Control Data Corporation запускает векторный суперкомпьютер CDC Star-100, в котором используется архитектура 64-битных слов (предыдущие системы CDC имели 60-битную архитектуру).

1976: Cray Research выпускает первый суперкомпьютер Cray-1, в котором реализована архитектура 64-битных слов и который послужит основой для всех последующих векторных суперкомпьютеров Cray.

1985: Cray выпускает UNICOS — первую 64-битную реализацию операционной системы Unix.

1991: MIPS Technologies производит первый 64-битный процессор, R4000, в котором реализована третья модификация разработанной в их компании архитектуры MIPS. Этот процессор используется в графических рабочих станциях SGI начиная с модели IRIS Crimson. Kendall Square Research выпускает свой первый суперкомпьютер KSR1, построенный на основе их собственной запатентованной 64-битной архитектуры RISC под операционной системой OSF/1.

1992: Digital Equipment Corporation (DEC) представляет полностью 64-битную архитектуру Alpha — детище проекта PRISM.

1993: DEC выпускает 64-битную Unix-подобную операционную систему DEC OSF/1 AXP (позже переименованную в Tru64 UNIX) для своих систем, построенных на архитектуре Alpha.

1994: Intel объявляет о своих планах по разработке 64-битной архитектуры IA-64 (совместно с компанией Hewlett-Packard) — преемника их 32-битных процессоров IA-32. Дата выпуска назначена на 1998-1999 годы. SGI выпускает IRIX 6.0 с 64-битной поддержкой чипсета R8000.

1995: Sun запускает 64-битный процессор семейства SPARC UltraSPARC. HAL Computer Systems, подчиненная Fujitsu, запускает рабочие станции, созданные на основе 64-битного процессора SPARC64 первого поколения, независимо разработанного компанией HAL. IBM выпускает микропроцессоры A10 и A30, а также 64-битные процессоры PowerPC AS. IBM также выпускает 64-битное обновление для системы AS/400, способное преобразовывать операционную систему, базы данных и приложения.

1996: Nintendo представляет игровую консоль Nintendo 64, созданную на основе более дешевого варианта MIPS R4000. HP выпускает реализацию 64-битной 2.0 версии собственной архитектуры PA-RISC PA-8000.

1997: IBM запускает линейку RS64 64-битных процессоров PowerPC/PowerPC AS.

1998: Sun выпускает Solaris 7 с полной 64-битной поддержкой UltraSPARC.

1999: Intel выпускает набор команд для архитектуры IA-64. AMD публично объявляет о своем наборе 64-битных расширений для IA-32, который был назван x86-64 (позже переименован в AMD64).

2000: IBM выпускает свой первый 64-битный мэйнфрейм zSeries z900, совместимый с ESA/390, а также новую операционную систему z/OS.

2001: Intel наконец запускает линейку 64-битных процессоров, которые теперь получают название Itanium и рассчитаны на высокопроизводительные серверы. Проект не соответствует ожиданиям из-за многочисленных задержек при выпуске IA-64 на рынок. NetBSD становится первой операционной системой, которая запускается на процессоре Intel Itanium после его выхода. Кроме того, Microsoft также выпускает Windows XP 64-Bit Edition для архитектуры IA-64 семейства Itanium, хотя в ней сохраняется возможность запускать 32-битные приложения при помощи прослойки WoW64.

2003: AMD представляет линейки процессоров Opteron и Athlon 64, созданные на основе архитектуры AMD64, которая является первой 64-битной процессорной архитектурой, основанной на архитектуре x86. Apple начинает использовать 64-битный процессор «G5» PowerPC 970 производства IBM. Intel утверждает, что процессорные чипы семейства Itanium останутся единственными 64-битными процессорами, разработанными в их компании.

2004: В ответ на коммерческий успех AMD, Intel признается, что они разрабатывали клон расширений AMD64, которому дали название IA-32e (позже переименован в EM64T, и затем еще раз в Intel 64). Intel также выпускает обновленные версии семейств процессоров Xeon и Pentium 4 с поддержкой новых команд.

2004: VIA Technologies представляет свой 64-битный процессор Isaiah.

2005: 31 января Sun выпускает Solaris 10 с поддержкой процессоров AMD64 / Intel 64. 30 апреля Microsoft выпускает Windows XP Professional x64 Edition для процессоров AMD64 / Intel 64.

2006: Sony, IBM и Toshiba начинают выпуск 64-битного процессора Cell для PlayStation 3, серверов, рабочих станций и других устройств. Microsoft выпускает Windows Vista с включенной 64-битной версией для процессоров AMD64 / Intel 64, которая поддерживает 32-битную совместимость. Все Windows-приложения и компоненты являются 64-битными, однако многие из них имеют 32-битные версии, включенные в систему в виде плагинов в целях совместимости.

2009: Как и Windows Vista, Windows 7 компании Microsoft включает полную 64-битную версию для процессоров AMD64 / Intel 64, и на большинство новых компьютеров по умолчанию устанавливается 64-битная версия. Выходит операционная система компании Apple Mac OS X 10.6, «Snow Leopard» которая имеет 64-битное ядро и предназначена для процессоров AMD64 / Intel 64, однако по умолчанию эта система устанавливается только на некоторые из последних моделей компьютеров компании Apple. Большинство приложений, поставляемых с Mac OS X 10.6, теперь также являются 64-битными.

Более подробно с историей развития 64-битных систем можно познакомиться в статье Джона Машей «Долгая дорога к 64 битам» [1] и в энциклопедической статье в Wikipedia «64-bit» [2].

Прикладное программирование и 64-битные системы

Архитектура Intel 64 (AMD64)

Рассматриваемая архитектура Intel 64 простое, но в то же время мощное обратно совместимое расширение устаревшей промышленной архитектуры x86. Она добавляет 64-битное адресное пространство и расширяет регистровые ресурсы для поддержки большей производительности перекомпилированных 64-битных программ. Архитектура обеспечивает поддержку устаревшего 16-битного и 32-битного кода приложений и операционных систем без их модификации или перекомпиляции.

Отличительной особенностью Intel 64 является поддержка шестнадцати 64-битных регистров общего назначения (в x86-32 имелось восемь 32-битных регистров). Поддерживаются 64-битные арифметические и логические операции над целыми числами. Поддерживаются 64-битные виртуальные адреса. Для адресации новых регистров для команд введены «префиксы расширения регистра», для которых был выбран диапазон кодов 40h-4Fh, использующихся для команд INC и DEC в 32- и 16-битных режимах. Команды INC и DEC в 64-битном режиме должны кодироваться в более общей, двухбайтовой форме.

16 целочисленных 64-битных регистра общего назначения (RAX, RBX, RCX, RDX, RBP, RSI, RDI, RSP, R8 — R15),
8 80-битных регистров с плавающей точкой (ST0 — ST7),
8 64-битных регистров Multimedia Extensions (MM0 — MM7, имеют общее пространство с регистрами ST0 — ST7),
16 128-битных регистров SSE (XMM0 — XMM15),
64-битный указатель RIP и 64-битный регистр флагов RFLAGS.

Необходимость 64-битной архитектуры определяется приложениями, которым необходимо большое адресное пространство. В первую очередь это высокопроизводительные серверы, системы управления базами данных, САПР и, конечно, игры. Такие приложения получат существенные преимущества от 64-битного адресного пространства и увеличения количества регистров. Малое количество регистров, доступное в устаревшей x86 архитектуре, ограничивает производительность в вычислительных задачах. Увеличенное количество регистров обеспечивает достаточную производительность для многих приложений.

64-битные операционные системы

Практически все современные операционные системы сейчас имеют версии для архитектуры Intel 64. Например, Microsoft предоставляет Windows XP x64. Крупнейшие разработчики UNIX систем также поставляют 64-битные версии, как например Linux Debian 3.5 x86-64. Однако это не означает, что весь код такой системы является полностью 64-битным. Часть кода ОС и многие приложения вполне могут оставаться 32-битными, так как Intel 64 обеспечивает обратную совместимость с 32-битными приложениями. Например, 64-битная версия Windows использует специальный режим WoW64 (Windows-on-Windows 64), который транслирует вызовы 32-битных приложений к ресурсам 64-битной операционной системы.

Далее в статье мы будем рассматривать только 64-битные операционные системы семейства Windows.

WoW64

Windows-on-Windows 64-bit (WoW64) — подсистема операционной системы Windows, позволяющая запускать 32-битные приложения на всех 64-битных версиях Windows.

WoW64 на архитектуре Intel 64 (AMD64 / x64) не требует эмуляции инструкций. Здесь подсистема WoW64 эмулирует только 32-битное окружение, за счет дополнительной прослойки между 32-битным приложением и 64-битным Windows API. Где-то эта прослойка тонкая, где-то не очень. Для средней программы потери в производительности из-за наличия такой прослойки составят около 2%. Для некоторых программ это значение может быть больше. Два процента это немного, но следует учитывать, что 32-битные приложения работают немного медленнее под управлением 64-битной операционной системы Windows, чем в 32-битной среде.

Компиляция 64-битного кода не только исключает необходимость в WoW64, но и дает дополнительный прирост производительности. Это связано с архитектурными изменениями в микропроцессоре, такими как увеличение количества регистров общего назначения. Для средней программы можно ожидать в пределах 5-15% прироста производительности от простой перекомпиляции.

Из-за наличия прослойки WoW64 32-битные программы работают менее эффективно в 64-битной среде, чем в 32-битной. Но все-таки, простые 32-битные приложения могут получить одно преимущество от их запуска в 64-битной среде. Вы, наверное, знаете, что программа, собранная с ключом /LARGEADDRESSAWARE:YES может выделять до 3-х гигабайт памяти, если 32-битная операционная система Windows запущена с ключом /3gb. Так вот, эта же 32-битная программа, запущенная на 64-битной системе, может выделить почти 4 GB памяти (на практике около 3.5 GB).

Подсистема WoW64 изолирует 32-разрядные программы от 64-разрядных путем перенаправления обращений к файлам и реестру. Это предотвращает случайный доступ 32-битных программ к данным 64-битных приложений. Например, 32-битное приложение, которое запускает файл DLL из каталога %systemroot%\System32, может случайно обратиться к 64-разрядному файлу DLL, который несовместим с 32-битной программой. Во избежание этого подсистема WoW64 перенаправляет доступ из папки %systemroot%\System32 в папку %systemroot%\SysWOW64. Это перенаправление позволяет предотвратить ошибки совместимости, поскольку при этом требуется файл DLL, созданный специально для работы с 32-разрядными приложениями.

Подробнее с механизмами перенаправления файловой системы и реестра можно познакомиться в разделе MSDN «Running 32-bit Applications».

Программная модель Win64

Также как и в Win32 размер страниц в Win64 составляет 4Кб. Первые 64Кб адресного пространства никогда не отображаются, то есть наименьший правильный адрес это 0x10000. В отличие от Win32, системные DLL загружаются выше 4Гб.

Разница в соглашениях о вызове приводит к тому, что в одной программе нельзя использовать и 64-битный, и 32-битный код. Другими словами, если приложение скомпилировано для 64-битного режима, то все используемые библиотеки (DLL) также должны быть 64-битными.

Передача параметров через регистры является одним из новшеств, делающих 64-битные программы более производительными, чем 32-битные. Дополнительный выигрыш в производительности можно получить, используя 64-битные типы данных.

Адресное пространство

Хотя 64-битный процессор теоретически может адресовать 16 экзабайт памяти (2^64), Win64 в настоящий момент поддерживает 16 терабайт (2^44). Этому есть несколько причин. Текущие процессоры могут обеспечивать доступ лишь к 1 терабайту (2^40) физической памяти. Архитектура (но не аппаратная часть) может расширить это пространство до 4 петабайт (2^52). Однако в этом случае необходимо огромное количество памяти для страничных таблиц, отображающих память.

Помимо перечисленных ограничений, объем памяти, который доступен в той или иной версии 64-битной операционной системе Windows зависит также от коммерческих соображений компании Microsoft. Ниже приведена информация по объему памяти, поддерживаемой различными версиями 64-биными версиями Windows:

Windows XP Professional — 128 Gbyte;
Windows Server 2003, Standard — 32 Gbyte;
Windows Server 2003, Enterprise — 1 Tbyte;
Windows Server 2003, Datacenter — 1 Tbyte;
Windows Server 2008, Datacenter — 2 Tbyte;
Windows Server 2008, Enterprise — 2 Tbyte;
Windows Server 2008, Standard — 32 Gbyte;
Windows Server 2008, Web Server — 32 Gbyte;
Vista Home Basic — 8 Gbyte;
Vista Home Premium — 16 Gbyte;
Vista Business — 128 Gbyte;
Vista Enterprise — 128 Gbyte;
Vista Ultimate — 128 Gbyte;
Windows 7 Home Basic — 8 Gbyte;
Windows 7 Home Premium — 16 Gbyte;
Windows 7 Professional — 192 Gbyte;
Windows 7 Enterprise — 192 Gbyte;
Windows 7 Ultimate — 192 Gbyte;

Разработка 64-битных приложений

Наиболее полно вопросы разработки 64-битных приложений рассмотрены в курсе «Уроки разработки 64-битных приложений на языке Си/Си++». Содержание:

Также рекомендую раздел с обзорами статей по тематике связанной с 64-битнми технологиями.

Источник

Архитектура x86 и x64 что это

Многие пользователи часто задаются вопросами: «Какую систему мне ставить?», «В чем разница между х86 и х32?» и т. д. Давайте же разложим все по полочкам.

Расскажи, что представляет собой х86?

х86 — это архитектура процессора с одноимённым набором команд, впервые реализованная в процессорах компании Intel. Название образовано от двух цифр, которыми заканчивались названия процессоров Intel ранних моделей — 8086, 80186, 80286 (i286), 80386 (i386), 80486 (i486). Через какое-то время цифровые обозначения новых процессоров стали сменяться именами. Так публика узнала о Pentium и Celeron, но платформа x86 не изменялась вплоть до 2000-х годов, но об этом чуточку попозже.

В начале своего пути х86 архитектура, которая была впервые представлена на i8086, применялась на 16-разрядных процессорах (может хранить 2^16 уникальных значений), имела 16-битные инструкции и внутреннюю 16-битную шину, позже добавили еще внешнюю 8-разрядную шину данных. Дальше события развивались довольно просто — производители увеличивали скорость, количество транзисторов, набор команд и т. д., и так вплоть до выхода 80386(i386) — процессора, который на то время знаменовал собой революцию в мире процессоров x86. Это был первый 32-разрядный процессор, который мог использовать кэш-память, расположенную на внешнем чипе.
Вплоть до анонса AMD64 (аппаратная платформа) архитектура не сильно менялась.
После выхода AMD64 и Intel 64 х86 она подверглась серьезным изменениям.
Процессоры архитектуры поддерживают два режима работы: Long Mode («длинный» режим) и Legacy Mode («наследственный», режим совместимости с 32-битным x86).
Основные достоинства архитектуры x86-64:

Теперь, думаю, стоит задать вопрос: «Что такое x32?»

Это 32-битная операционная система, которая ставится на 32-разрядные процессоры. Если брать в качестве примера ОС Microsoft, то первая x32 была Windows 95, которая в полной мере использовала возможности данного процессора и архитектуры (x86). Главным недостатком x32 является невозможность поддержки более чем 4 ГБ ОЗУ. Примечательно, что система в состоянии оперировать только 3 ГБ памяти и 1 ГБ просто проваливается.
Еще существует довольно распространённая ошибка: когда пишут совместимость программ, то указывают x86, подразумевая 32-битную платформу. Это не совсем корректно и только вводит в заблуждение. Лучше всего указывать x86_32bit или x86_64bit. Либо сокращать до интуитивно понятных x32 или x64.

Осталось разобрать, что собой представляет x64?

x86_64bit — это 64-битная операционная система, которая ставится на 64-разрядные процессоры с архитектурой x86-64. «64-битный лейбл» звучит возбуждающе, но в практическом плане это всего лишь хитрый маркетинговый трюк, скрывающий не только достоинства, но и недостатки. В принципе, ее главным достоинством была и остаётся возможность воспринимать до 32 ГБ ОЗУ, что существенно увеличивает производительность. Еще одним плюсом данной ОС есть то, что под ней процессоры на архитектуре х86-64 (Celeron, Core 2, Core i3, Core i5, Core i7) задействуют весь потенциал кристалла. Это возможно благодаря режиму Long Mode. Недостатком же есть увеличение потребляемой оперативной памяти программами, например, тот же Apache на 32-бит потреблял 20 МБ ОЗУ, а уже на 64-бит ОС — приблизительно 50 МБ.

Источник