关于x86、x86_64/x64、amd64和arm64/aarch64
關(guān)于x86、x86_64/x64、amd64和arm64/aarch64
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為什么叫x86和x86_64和AMD64?
為什么大家叫x86為32位系統(tǒng)?
為什么軟件版本會(huì)注明 for amd64版本,不是intel64呢?
x86是指intel的開(kāi)發(fā)的一種32位指令集,從386開(kāi)始時(shí)代開(kāi)始的,一直沿用至今,是一種cisc指令集,所有intel早期的cpu,amd早期的cpu都支持這種指令集,intel官方文檔里面稱(chēng)為“IA-32”
x84_64是x86 CPU開(kāi)始邁向64位的時(shí)候,有2選擇:
1、向下兼容x86。
2、完全重新設(shè)計(jì)指令集,不兼容x86。
AMD搶跑了,比Intel率先制造出了商用的兼容x86的CPU,AMD稱(chēng)之為AMD64,搶了64位PC的第一桶金,得到了用戶(hù)的認(rèn)同。
Intel選擇了設(shè)計(jì)一種不兼容x86的全新64為指令集,稱(chēng)之為IA-64(這玩意似乎就是安騰),但是比amd晚了一步,而且IA-64也挺慘淡的,因?yàn)槭侨略O(shè)計(jì)的CPU,沒(méi)有編譯器,也不支持windows(微軟把intel給忽悠了,承諾了會(huì)出安騰版windows server版,但是遲遲拿不出東西)。后來(lái)不得不在時(shí)機(jī)落后的情況下也開(kāi)始支持AMD64的指令集,但是換了個(gè)名字,叫x86_64,表示是x86指令集的64擴(kuò)展,大概是不愿意承認(rèn)這玩意是AMD設(shè)計(jì)出來(lái)的。
實(shí)際上,x86_64,x64,AMD64基本上是同一個(gè)東西,我們現(xiàn)在用的intel/amd的桌面級(jí)CPU基本上都是x86_64,與之相對(duì)的arm,ppc等都不是x86_64。
x86、x86_64主要的區(qū)別就是32位和64位的問(wèn)題,x86中只有8個(gè)32位通用寄存器,eax,ebx,ecx,edx, ebp, esp, esi, edi。
x86_64把這8個(gè)通用寄存器擴(kuò)展成了64位的,并且比x86增加了若干個(gè)寄存器(好像增加了8個(gè),變成了總共16個(gè)通用寄存器)。同樣的MMX的寄存器的位數(shù)和數(shù)量也進(jìn)行了擴(kuò)展。此外cpu擴(kuò)展到64位后也能支持更多的內(nèi)存了,等等許多好處。
對(duì)于普通程序來(lái)說(shuō),CPU位數(shù)的擴(kuò)展、寄存器數(shù)量的增加不會(huì)帶來(lái)明顯的性能提升,比如IE瀏覽器、Office辦公這類(lèi)的軟件。特定的程序很能夠充分利用64位CPU、更多的寄存器帶來(lái)的優(yōu)勢(shì),比如MMX除了能提升多媒體程序的性能,對(duì)矩陣、多項(xiàng)式、向量計(jì)算都能帶來(lái)提升,更多的MMX寄存器、更大的寄存器字長(zhǎng)都有利于SIMD指令的執(zhí)行,能夠提升CPU對(duì)數(shù)據(jù)的吞吐量(RISC指令集的CPU動(dòng)不動(dòng)就有數(shù)百個(gè)寄存器,可以有效的緩存中間計(jì)算結(jié)果,不需要把中間結(jié)果寫(xiě)入內(nèi)存,從而減少內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)次數(shù),顯著提升性能)
x86
x86架構(gòu)(The x86 architecture)是微處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言指令集,指一個(gè)intel通用計(jì)算機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)縮寫(xiě),也標(biāo)識(shí)一套通用的計(jì)算機(jī)指令集合。
1978年6月8日,Intel發(fā)布了新款16位微處理器“8086”,也同時(shí)開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新時(shí)代:x86架構(gòu)誕生了。
在40年的發(fā)展史中,x86家族不斷壯大,從桌面轉(zhuǎn)戰(zhàn)筆記本、服務(wù)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)、編寫(xiě)設(shè)備,期間還挫敗或者限制了很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的發(fā)展,讓不少處理器廠(chǎng)商及其架構(gòu)技術(shù)成為歷史名字,即使有些封閉發(fā)展的也難以為繼,比如蘋(píng)果就已經(jīng)放棄PowerPC了。
AMD64/x86-64
**x86-64有時(shí)會(huì)簡(jiǎn)稱(chēng)為“x64”,是64位微處理器架構(gòu)及其相應(yīng)指令集的一種,**也是Intel x86架構(gòu)的延伸產(chǎn)品。
“x86-64”1999由AMD設(shè)計(jì),AMD 首次公開(kāi) 64 位集以擴(kuò)充給 IA-32,稱(chēng)為 x86-64(后來(lái)改名為 AMD64)。 AMD64架構(gòu)在IA-32上新增了64位寄存器,并兼容早期的16位和32位軟件,可使現(xiàn)有以x86為對(duì)象的編譯器容易轉(zhuǎn)為AMD64版本。
由于AMD64和Intel64基本上一致,很多軟硬件產(chǎn)品都使用一種不傾向任何一方的詞匯來(lái)表明它們對(duì)兩種架構(gòu)的同時(shí)兼容。出于這個(gè)目的,AMD對(duì)這種CPU架構(gòu)的原始稱(chēng)呼 - “x86-64”被不時(shí)地使用,還有變體“x86_64”。其他公司如微軟和Sun在營(yíng)銷(xiāo)資料中使用“x64”作為對(duì)“x86-64”的縮寫(xiě)。
許多操作系統(tǒng)及產(chǎn)品,尤其那些是在Intel進(jìn)入這塊市場(chǎng)之前就引入“x86-64”支持的,使用“AMD64”或“amd64”同時(shí)指代AMD64和Intel64。
現(xiàn)在的x86 CPU在位數(shù)上有32/64bit之分,在ARCH上有又x86/x86_64/x64/i386/IA32/IA64/amd64
最近又新出來(lái)一個(gè)x32,還好不是ARCH,只是ABI,沒(méi)有那么混亂。
先說(shuō)一下x86的這些arch,不要求很?chē)?yán)格的話(huà),基本上可以用下面的公式來(lái)表達(dá):
x86=i386=IA32
amd64=x86_64=x64!=IA64
其實(shí)這兩個(gè)等式里很多都是別名,嚴(yán)格說(shuō)的話(huà),x86的世界里只存在x86/x86_64/IA64三種架構(gòu)。
當(dāng)年AMD先于Intel推出向下兼容的amd64 CPU,而Intel推出的不兼容32位系統(tǒng)的IA64慘淡收?qǐng)?被MS放了鴿子),后來(lái)Intel在指令上支持了amd64,不過(guò)不愿意叫amd64,改了個(gè)名字x86_64。
再說(shuō)64bit/32bit的兼容性問(wèn)題:
現(xiàn)在的64bit CPU實(shí)際上都做了兼容32bit的特殊設(shè)計(jì),所以64bit的CPU上運(yùn)行32bit的軟件(包括kernel/app, driver除外)是沒(méi)有問(wèn)題。反過(guò)來(lái),32bit的CPU上運(yùn)行64bit的軟件是不可以的。
最后說(shuō)重點(diǎn),64bit相比32bit的性能優(yōu)勢(shì):
這里不考慮64bit硬件上運(yùn)行32bit軟件的這種過(guò)度方式。
從架構(gòu)上來(lái)說(shuō),64bit擁有64bit 的register和64bit的bus,在數(shù)據(jù)傳輸效率上比32bit要高不少;另外,64bit地址總線(xiàn)的尋址空間突破了4G的限制。
所以,對(duì)于大內(nèi)存,密集數(shù)據(jù)運(yùn)算的應(yīng)用場(chǎng)景,64bit的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。網(wǎng)上有一些benchmark,這里不貼了。
但是,對(duì)于小內(nèi)存系統(tǒng),64bit的CPU在某些狀況下可能比32bit CPU的效率更低。
因?yàn)?4 bit的CPU的地址是64位的,指針是64位的,編譯生成的二進(jìn)制文件更大,運(yùn)行時(shí)占用的內(nèi)存更多;另一方面,因?yàn)?4位地址的問(wèn)題,cache中能存放的指令就更少,所以更容易導(dǎo)致cache的miss。
所以在某些應(yīng)用場(chǎng)景,64 bitCPU的更大的尋址空間,更快的數(shù)據(jù)傳遞,更快的浮點(diǎn)運(yùn)算的特性, 與其64 bit的地址/指針?biāo)鶎?dǎo)致的cache miss的特性,始終并存。
為了充分利用64的優(yōu)勢(shì),又避免64bit地址導(dǎo)致的cache miss的問(wèn)題,Intel提出了x32 ABI的概念。
x32不是一個(gè)ARCH,是一個(gè)ABI。
x32可以充分的使用64 bit硬件的64 bit寄存器,64bit總線(xiàn),以及64bit新增的指令,從而獲得更快的數(shù)據(jù)處理速度。
同時(shí)x32又使用32bit的地址/pointer,32bit的C數(shù)據(jù)類(lèi)型,因此cache miss并不會(huì)增加。
x32是一個(gè)ABI,其設(shè)計(jì)到的部分包括:kernel的support,toolchain的support,system lib的support。現(xiàn)在kernel(from 3.4)和toolchain的support都已經(jīng)OK。
ARM,AMD,X86,AArch64的概念
AMD,中文名(超威)超微半導(dǎo)體,是除了英特爾以外最大的x86架構(gòu)微處理供應(yīng)商,也是除了英偉達(dá)以外僅有的獨(dú)立圖形處理供應(yīng)商。
x86泛指一系列由英特爾公司開(kāi)發(fā)的處理器的架構(gòu),最早為1978年面世的“Intel 8086”CPU。早期的處理器均是以此格式來(lái)命名,如Intel 8086,80186,80286,80386,80486,這些架構(gòu)被統(tǒng)稱(chēng)為x86。由于數(shù)字不能被注冊(cè)成為商標(biāo),因此公司每當(dāng)有新的處理器使用,均會(huì)采用可注冊(cè)的名稱(chēng),如Pentium。
基于x86的32位架構(gòu)(常被稱(chēng)為i386,x86),IA-32,而基于x86的64位架構(gòu),x86-64常稱(chēng)為AMD64或Intel64。最早是由AMD公司首先根據(jù)x86的架構(gòu)生產(chǎn)出了64位的處理器,但是由于是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,Intel公司不愿意承認(rèn)AMD64,近些年才推出了Intel64
ARM(英文為Advanced RISC Machine,或Acorn RISC Machine)也是一個(gè)架構(gòu),非常適用于移動(dòng)通信這種低成本,高性能,低耗電的領(lǐng)域。ARM的公司為安謀控股(ARM Holding plc),又稱(chēng)為ARM公司,總部位于劍橋的設(shè)計(jì)與軟件公司,現(xiàn)在已被日本的軟銀公司收購(gòu),后者同時(shí)也是國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭阿里巴巴的最大股東。
AArch64是ARMv8的一種執(zhí)行狀態(tài)。
為了更廣泛地向企業(yè)領(lǐng)域推進(jìn),需要引入 64 位構(gòu)架,同時(shí)也需要在 ARMv8 架構(gòu)中引入新的 AArch64 執(zhí)行狀態(tài)。
AArch64 不是一個(gè)單純的 32 位 ARM 構(gòu)架擴(kuò)展,而是 ARMv8 內(nèi)全新的構(gòu)架,完全使用全新的 A64 指令集。這些都源自于多年對(duì)現(xiàn)代構(gòu)架設(shè)計(jì)的深入研究。更重要的是, AArch64 作為一個(gè)分離出的執(zhí)行狀態(tài),意味著一些未來(lái)的處理器可能不支持舊的 AArch32 執(zhí)行狀態(tài)。
雖然最初的 64 位 ARM 處理器將會(huì)完全向后兼容,但我們大膽且前瞻性地將 AArch64 作為在 ARMv8 處理器中唯一的執(zhí)行狀態(tài)。我們?cè)谶@些系統(tǒng)中將不支持 32 位執(zhí)行狀態(tài), 這將使許多有益的實(shí)現(xiàn)得到權(quán)衡,如默認(rèn)情況下,使用一個(gè)較大的 64K 大小的頁(yè)面,并會(huì)使得純凈的 64 位 ARM 服務(wù)器系統(tǒng)不受遺留代碼的影響。立即進(jìn)行這種劃分是很重要的,因?yàn)橛锌赡茉谖磥?lái)幾年內(nèi)將出現(xiàn)僅支持 64 位的服務(wù)器系統(tǒng)。沒(méi)有必要在新的 64 位架構(gòu)中去實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的 32 位流水線(xiàn),這將會(huì)提高未來(lái) ARM 服務(wù)器系統(tǒng)的能效。
這樣回想起來(lái), AArch64 作為在 Fedora ARM 項(xiàng)目中被支持的 ARM 構(gòu)架是一個(gè)很自然的過(guò)程: armv5tel、armv7hl、aarch64。新的架構(gòu)被命名為:aarch64,這同 ARM 自己選擇的主線(xiàn)命名方式保持一致,同時(shí)也考慮到了 ARM 架構(gòu)名與 ARM 商標(biāo)分開(kāi)的期望。
ARMv8-A 將 64 位架構(gòu)支持引入 ARM 架構(gòu)中,其中包括:
64 位通用寄存器、SP(堆棧指針)和 PC(程序計(jì)數(shù)器)
64 位數(shù)據(jù)處理和擴(kuò)展的虛擬尋址
兩種主要執(zhí)行狀態(tài):
AArch64 - 64 位執(zhí)行狀態(tài),包括該狀態(tài)的異常模型、內(nèi)存模型、程序員模型和指令集支持
AArch32 — 32 位執(zhí)行狀態(tài),包括該狀態(tài)的異常模型、內(nèi)存模型、程序員模型和指令集支持
這些執(zhí)行狀態(tài)支持三個(gè)主要指令集:
A32(或 ARM):32 位固定長(zhǎng)度指令集,通過(guò)不同架構(gòu)變體增強(qiáng)部分 32 位架構(gòu)執(zhí)行環(huán)境現(xiàn)在稱(chēng)為 AArch32。
T32 (Thumb) 是以 16 位固定長(zhǎng)度指令集的形式引入的,隨后在引入 Thumb-2 技術(shù)時(shí)增強(qiáng)為 16 位和 32 位混合長(zhǎng)度指令集。部分 32 位架構(gòu)執(zhí)行環(huán)境現(xiàn)在稱(chēng)為 AArch32。
A64:提供與 ARM 和 Thumb 指令集類(lèi)似功能的 32 位固定長(zhǎng)度指令集。隨 ARMv8-A 一起引入,它是一種 AArch64 指令集。
ARM ISA 不斷改進(jìn),以滿(mǎn)足前沿應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員日益增長(zhǎng)的要求,同時(shí)保留了必要的向后兼容性,以保護(hù)軟件開(kāi)發(fā)投資。在 ARMv8-A 中,對(duì) A32 和 T32 進(jìn)行了一些增補(bǔ),以保持與 A64 指令集一致。
創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來(lái)咯,堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的关于x86、x86_64/x64、amd64和arm64/aarch64的全部?jī)?nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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