X86-64

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 11. tammikuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 22 muokkausta .

x86-64 (myös AMD64/Intel64/EM64T) on 64-bittinen versio (alun perin laajennus) x86 - arkkitehtuurista , jonka AMD on kehittänyt ja esitellyt vuonna 2000 [1] ja jonka avulla ohjelmat voivat ajaa 64-bittisessä tilassa.

Se on x86-arkkitehtuurin laajennus , ja nyt se on x86-arkkitehtuurin versio, joka on lähes täysin taaksepäin yhteensopiva x86-arkkitehtuurin 32-bittisen version kanssa, joka tunnetaan nykyään nimellä IA-32 .

Microsoft ja Oracle käyttävät termiä "x64" viittaamaan tähän x86-arkkitehtuurin versioon, mutta 64-bittisessä Microsoft Windowsissa arkkitehtuurin tiedostot sisältävää hakemistoa kutsutaan nimellä "amd64" ("i386" x86:lle). Tämä havaitaan myös useimpien Linux - jakelujen arkistoissa.

x86-64-käskysarja on tällä hetkellä tuettu:

• AMD  vuodesta 2001 - Z-sarjan prosessorit (esimerkiksi AMD Z-03), C-sarjan (esimerkiksi AMD C-60), G-sarjan (esim. AMD T56N), E-sarjan (esim. AMD) E-450), E1, E2, A4, A6, A8, A10, FX, Athlon 64 , Athlon 64 FX , Athlon 64 X2 , Athlon II , Phenom , Phenom II , Turion 64 , Turion 64 X2 , Turion, II , Opteron FX , Ryzen , Ryzen Threadripper , uusimmat Sempron -mallit ;
• Intel (pienillä yksinkertaistuksilla) nimeltään "Intel 64" (aiemmin "EM64T" ja "IA-32e") vuodesta 2003 lähtien Pentium 4 -perheen prosessoriperheen 64-bittisissä malleissa sekä Pentium D , Pentium Extreme Edition , Celeron D , Celeron G-sarja, Celeron B-sarja, Pentium Dual-Core , Pentium T-sarja, Pentium P-sarja, Pentium G-sarja, Pentium B-sarja, Core 2 Duo , Core 2 Quad , Core 2 Extreme, Core i3 , Core i5 , Core i7 , Core i9 , Atom (ei ylivoimaisesti kaikki, mutta suurin osa jälkimmäisestä) ja Xeon ;
• VIA - Nano -  prosessorit .

Käytetyt nimet

Tälle 64-bittiselle x86-versiolle on olemassa seuraavat nimeämiskäytännöt:

• x86-64  on alkuperäinen versio. Tällä nimellä AMD julkaisi ensimmäisen alustavan eritelmän.
• x64  on kaikkien 64-bittisten Windows- ja Solaris-käyttöjärjestelmien virallinen versionimi, ja Microsoft ja Oracle käyttävät sitä myös arkkitehtuurinimenä.
• AA-64 (AMD Architecture 64) - näin suosittu epävirallinen hakuteos sandpile.org kutsui arkkitehtuuria (esittelyssä tiedot melkein heti ensimmäisen alustavan spesifikaation julkaisemisen jälkeen) analogisesti IA-64:n kanssa.
• Hammer Architecture  - nimi ensimmäisille prosessoriytimille, jotka tukivat x86-64:ää - AMD Clawhammer (" naulavasara " ) ja AMD Sledgehammer (" sledgehammer ").
• AMD64  - ensimmäisten Clawhammerin ja Sledgehammerin julkaisun jälkeen AMD-kehittäjän nimi ilmestyi arkkitehtuurin nimeen. Se on nyt virallinen AMD:n käyttöönotolle. Viittaa myös kaikkiin Linuxin versioihin 64-bittiselle x86:lle.
• Yamhill Technology on Intelin  toteuttaman arkkitehtuurin ensimmäinen nimi . Nimi CT (Clackamas Technology) mainittiin joskus.
• EM64T  on Intelin ensimmäinen virallinen nimi arkkitehtuurin toteuttamiselle. Tulee sanoista Extended Memory 64 Technology.
• IA-32e  - Näytetään joskus yhdessä EM64T:n kanssa, useammin pitkällä tilassa, jota kutsutaan Intelin dokumentaatiossa "IA-32e-tilaksi".
• Intel 64  on Intelin arkkitehtuurin toteutuksen nykyinen virallinen nimi. Intel on vähitellen luopumassa nimistä "IA-32", "IA-32e" ja "EM64T" ja käyttää tätä nimeä, joka on nyt ainoa virallinen Intelin tämän arkkitehtuurin toteutus.

Tällä hetkellä x86:n 64-bittisen version yleisimmät nimet ovat: "x64", "x86-64" ja "AMD64".

Joskus AMD : n mainitseminen johtaa käyttäjiä harhaan siinä määrin, että he kieltäytyvät käyttämästä käyttöjärjestelmän alkuperäisten versioiden jakeluja väittäen, että AMD-versio ei toimi heidän Intel-prosessorissaan - itse asiassa ohjelmistojen jakelijat käyttävät nimeä amd64 vain siksi, että AMD oli edelläkävijä x86:n 64-bittisen version kehittämisessä.

Usein käyttäjät sekoittavat x86-64-arkkitehtuurin ja IA-64 :n , lataamalla vahingossa ohjelmiston tälle arkkitehtuurille ja huomaavat sitten, että ohjelma ei käynnisty. Tällaisten virheiden välttämiseksi on muistettava, että Intel 64 ja IA-64 ovat täysin erilaisia, yhteensopimattomia mikroprosessoriarkkitehtuureja. Jälkimmäinen ei ole yhteensopiva x86-64:n kanssa.
Intel 64:n edustajat:

• Pentium 4 - , Celeron D - ja Intel Atom -perheiden 64 - bittiset mallit ;
• perheet Core 2 , Core i3 , Core i5 , Core i7 , Core i9 , Xeon .

IA-64:n edustajat: Itanium- ja Itanium 2 -perheet .

Toimintatavat

Tämän arkkitehtuurin prosessorit tukevat kahta toimintatilaa: Long mode ("pitkä" tila) ja Legacy-tila ("perintynyt" - yhteensopivuustila 32-bittisen x86:n kanssa).

Pitkä tila

"Pitkä"-tila on "natiivi" AMD64-prosessoreille. Tämä tila mahdollistaa täyden hyödyn x86-64-arkkitehtuurista. Tämä tila vaatii minkä tahansa 64-bittisen käyttöjärjestelmän (esimerkiksi Windows Server 2003/2003R2/2008/2008R2/2012, Windows XP Professional x64 Edition, Windows Vista x64, Windows 7/8/8.1/10/11 x64 tai 64-bittinen muunnelmia UNIX - tyyppisistä järjestelmistä GNU/Linux , FreeBSD , OpenBSD , NetBSD (puhtaat 64-bittiset koontiversiot voivat kuitenkin ajaa 32-bittisiä sovelluksia), Solaris (sekoitettu 32/64-koonti eri ytimillä 32-bittisille ja 64-bittiset prosessorit), Mac OS X (sekoitettu 32/64-koontiversio 32-bittisellä ytimellä, versiosta 10.4.7 alkaen).

Tässä tilassa voit ajaa 64-bittisiä ohjelmia. Myös (taaksepäin yhteensopivuuden vuoksi) tuki tarjotaan 32-bittisen koodin suorittamiseen, esimerkiksi 32-bittiset sovellukset (luonnollisesti 32-bittiset ohjelmat eivät voi käyttää 64-bittisessä järjestelmässä edes käytettäessä 64-bittistä koodia -bittiset järjestelmäkirjastot ja päinvastoin). Tämän tehtävän suorittamiseksi useimmat 64-bittiset käyttöjärjestelmät tarjoavat kaksi vaadittua järjestelmäsovellusliittymää : yhden 64- bittisille sovelluksille ja toisen 32-bittisille ohjelmille (sama tekniikka, jota käytetään varhaisissa 32-bittisissä järjestelmissä, kuten Windows 95 ja Windows NT  16-bittisten ohjelmien suorittamiseen).

"Pitässä" tilassa useat x86-32- arkkitehtuurin "alkeet" poistetaan, erityisesti, kuten virtuaalinen 8086 -tila , segmentoitu muistimalli (on kuitenkin edelleen mahdollista käyttää FS- ja GS-segmenttejä, jotka on hyödyllinen tärkeiden säikeen tietojen nopeaan löytämiseen tehtäviä vaihdettaessa ), laitteiston monitoimia sekä useita komentoja, jotka sekä toteuttavat lopetettuja ominaisuuksia että toimivat BCD - numeroiden kanssa, joita ei käytännössä käytetty uusissa ohjelmissa. "Pitkä" tila aktivoidaan asettamalla CR0.PG-lippu, jota käytetään haku- MMU :n sallimiseen (edellyttäen, että tällainen vaihto on käytössä (EFER.LME=1), muuten se ottaa MMU:n käyttöön "vanhassa" tilassa. ). Näin ollen on mahdotonta suorittaa 64-bittistä koodia kielletyllä hakutoiminnolla. Tämä aiheuttaa tiettyjä vaikeuksia ohjelmointiin, koska vaihdettaessa "pitkästä" tilasta "vanhaan" ja päinvastoin (esimerkiksi BIOS- tai DOS -toimintojen, virtuaalikoneen monitorin jne. kutsumiseksi), MMU:n kaksinkertainen nollaus vaaditaan, jonka vaihtokoodin on oltava samalla tavalla hahmonnetulla sivulla.

Legacy Mode

Tämä "perintö"-tila sallii x86-64-prosessorin suorittaa käskyjä x86-prosessoreille ja siten toteuttaa täydellisen yhteensopivuuden 32-bittisen koodin ja 32-bittisten käyttöjärjestelmien kanssa x86:lle. Tässä tilassa prosessori toimii täsmälleen kuten x86-prosessori (kuten Athlon tai Pentium III). x86-64-arkkitehtuurin tarjoamat toiminnot ja ominaisuudet (esimerkiksi 64-bittiset rekisterit) eivät luonnollisesti ole käytettävissä tässä tilassa. Tässä tilassa 64-bittiset ohjelmat ja käyttöjärjestelmät eivät toimi.

Arkkitehtoniset ominaisuudet

AMD:n x86-64-käskysarja (myöhemmin nimeltään AMD64) on Intel IA-32 (x86-32) -arkkitehtuurin laajennus. AMD64:n tärkein erottuva piirre on tuki 64-bittisille yleiskäyttöisille rekistereille, 64-bittisille aritmeettisille ja loogisille operaatioille kokonaisluvuille sekä 64-bittisille virtuaalisille osoitteille. Uusien komentorekisterien käsittelemiseksi otettiin käyttöön ns. "rekisterilaajennusetuliitteet", joille valittiin koodialue 40h-4Fh, jota käytetään INC <register> ja DEC <register> komentoihin 32-bittisissä tiloissa. INC- ja DEC-komennot 64-bittisessä tilassa on koodattava yleisempään kaksitavuiseen muotoon.

x86-64-arkkitehtuurissa on:

• 16 kokonaislukua 64-bittistä yleiskäyttöistä rekisteriä (RAX, RBX, RCX, RDX, RBP, RSI, RDI, RSP, R8 - R15);
• 8 80-bittistä liukulukurekisteriä (ST0 - ST7);
• 8 64-bittistä Multimedia Extensions -rekisteriä (MM0 - MM7, jakaa tilaa ST0 - ST7 -rekisterien kanssa);
• 16 128-bittistä SSE -rekisteriä (XMM0 - XMM15);
• 64-bittinen RIP-osoitin ja 64-bittinen RFLAGS - lippurekisteri .

Muistin organisoinnin segmentaalinen malli

AMD64-arkkitehtuuria (x86-64:n AMD-toteutuksia) kehittäessään AMD :n insinöörit päättivät luopua x86-arkkitehtuurin tärkeimmistä "alkeista" lopullisesti - segmentoidusta muistimallista, jota on tuettu 8086 :sta lähtien . Tästä johtuen VMware - ohjelmoijat kohtasivat virtualisointituotteestaan ​​ensimmäistä x86-64-versiota kehittäessään ylitsepääsemättömiä vaikeuksia virtuaalikoneen toteuttamisessa 64-bittisille vierasjärjestelmille [2] : koska ohjelma käytti segmentointimekanismia, tämä tehtävä on tullut lähes ratkaisematon.

Ymmärtäessään virheen AMD palautti rajoitetun version segmentoidusta muistiorganisaatiosta alkaen AMD64-arkkitehtuurin versiosta D, joka salli 64-bittisen käyttöjärjestelmän käytön virtuaalikoneen . Intel ei seurannut tätä esimerkkiä, ja sen prosessoreissa, jotka eivät tue Intel VT (Intel Virtualization Technology) [3] laitteiston virtualisointityökaluja , on mahdotonta käyttää 64-bittistä virtuaalikoneen [4] . VMware tarjoaa tuotteidensa mukana erityisen apuohjelman tarkistaakseen, pystyykö prosessori käyttämään 64-bittisiä vieraskäyttöjärjestelmiä.

64-bittisten vierasjärjestelmien käynnistäminen ja asentaminen tällä hetkellä (vuodesta 2013 lähtien) on jo mahdollista (VMwaren tuote - ESXi (työasema jne.) - tukee x86-64-arkkitehtuuria).

On syytä huomata, että alun perin veitsen alle jääneet LAHF- ja SAHF-komennot, joita myös virtualisointiohjelmistot aktiivisesti käyttävät, palautettiin komentojärjestelmään. Laitteiston virtualisointityökalujen (Intel VT, AMD-V) leviämisen myötä segmentoinnin tarve häviää vähitellen.

Katso myös

• NXbit
• PAE
• Intel-arkkitehtuuri
• X32 ABI  on X86-64:n ohjelmistoversio, joka käyttää 32-bittisiä osoittimia .
• Tietokonelaitteistoalusta

Muistiinpanot

1. ↑ AMD julkaisee x86-64™ -arkkitehtuurimääritykset; Mahdollistaa markkinalähtöisen siirtymisen 64-bittiseen tietojenkäsittelyyn
2. ↑ http://www.pagetable.com/?p=25 Arkistoitu 18. heinäkuuta 2011 Wayback Machinessa "AMD64 ...eläkkeelle ..suurin osa segmentoinnista . Mutta tämä rikkoi VMwaren. Vaikka VMware pystyi edelleen virtualisoimaan 32-bittisiä käyttöjärjestelmiä AMD64-suorittimille, ne eivät voineet virtualisoida 64-bittisiä käyttöjärjestelmiä, koska ne vaativat segmenttirajoja."
3. ↑ Intel® virtualisointitekniikka (Intel® VT  ) . Intel. Haettu 14. toukokuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 25. toukokuuta 2020.
4. ↑ VMware Knowledge Base . kb.vmware.com. Haettu 14. toukokuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 27. toukokuuta 2020. (määrätön)

Linkit

• 64-bittinen laskenta teoriassa ja käytännössä
• AMD:n dokumentaatio
• Intel 64
• Sovellusten kehittäjän oppaat 64- ja 32-bittisille Intel-arkkitehtuureille
• Intelin mikroprosessorien tekniset tiedot
• AMD64-arkkitehtuuri (EM64T)
• Chris Kaspersky . "X86-64-arkkitehtuuri kokoajan skalpellin alla". Artikkeli Hacker - lehdestä, numero 083, marraskuu 2005, sivu 118.

Digitaaliset prosessoritekniikat
Arkkitehtuuri	Harvard Von Neumann TTA
Ohjesarjan arkkitehtuuri	SIEMAUS REUNA MATKAT EEPPINEN CISC MISC NISC URISC RISC VLIW ZISC
koneen sana	8-bittinen 16-bittinen 32-bittinen 64-bittinen 128 bittinen 256 bittiä 512-bittinen
Rinnakkaisuus	Kuljetin Kuljetin Poikkeuksellinen toteutus Rekisteröi uudelleennimeäminen Spekulatiivinen toteutus siirtymän ennustaja Koodin esihaku Tasot Bitti ohjeet Superskalaari Data tehtäviä purot Monisäikeinen Superthreading Samanaikainen monisäikeistys hyperketjuttaminen Laitteiston virtualisointi Flynnin luokittelu SISD SIMD MISD MIMD
Toteutukset	DSP GPU SoC PPU Vektori matriisi Matemaattinen apuprosessori Mikroprosessori mikro-ohjain rumpuprosessori verkkoon hermostoa Vision prosessori Google Tensor -prosessori TrueNorth
Komponentit	piippuvaihde FPU BSB MMU TLB Ohjauslaite ALU Demultiplekseri Multiplekseri Mikrokoodi Kellotaajuus Kehys Kätkö Prosessorin välimuisti Rekisterit rekisteritiedosto rekisteröinti-ikkuna Lippurekisteri hakemistorekisteri Komentojen laskuri Akku
Virranhallinta	APM ACPI Kellon portti Kuristus Dynaaminen jännitteen muutos