2.8 64位微處理器與多核微處理器

隨著微型計算機的廣泛應用，促進了網絡時代、數字技術時代的到來，海量的信息需要存儲、處理和交換。對微處理器性能提出了更高的要求，32位的微處理器已不能適應這一要求，微處理器已進入64位和多核時代。

2.8.1 64位微處理器

目前，Intel、AMD、IBM等公司已相繼推出多種64位微處理器。這些微處理器的設計大都是基于IA-64和x86-64體系結構。下面分別介紹這兩種體系結構的特點。

1.IA-64體系結構

由于IA-32體系結構制約了服務器性能的提高，1994年Intel與HP公司合作開發基于IA-64體系結構的微處理器，希望通過把HP在RISC領域的十年工作經驗和超長指令字結合起來，在微處理器級上改進性能，以增加指令級上的并行性。IA-64體系結構既不是CISC也不是RISC體系結構，而是吸收了RISC和CISC兩者優勢，采用 EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computing顯性并行指令計算）技術的體系結構。如 Intel公司于2001年推出的64位Itanium處理器及2002年又推出的Itanium2處理器，都是采用IA-64體系結構，其應用目標是高端服務器和工作站。

IA-64體系結構的特點如下：

① 在并行機制中，編譯器能夠有效地組織代碼，并使執行順序更明確，以使處理器能夠以更有效的方式執行指令。

② 為了解決分支問題，IA-64指令集使用了分支預測技術，能夠移走多余的分支，減少錯誤的預測。強化執行中的分支預測功能，能提高分支預測的命中率，從而使流水線順暢執行。

③ 對于內存延時，IA-64采用了動態執行技術，即在程序的運行過程中，當發現某個數據可能會被用到時，就將該數據提前取出并存入寄存器備用。

IA-64引入了64位尋址和新的指令集，它還包含一個IA-32模式的指令集。IA-32的應用程序可以在IA-64的IA-32系統環境下或Itanium系統環境的IA-32模式下運行，但不能使用Itanium系統提供的64位處理器的資源。 IA-64不是IA-32結構的64位擴展，兩者是不兼容的。

2.x86-64體系結構

為了與IA-32結構的x86系列微處理器兼容，AMD公司推出了x86-64體系結構。該體系結構是與x86體系結構后向兼容的64位擴展。增加了64位尋址，擴展了寄存器資源，x86體系結構的16位和32位應用程序和操作系統不需要修改就能在x86-64體系結構下運行。

2004年Intel公司推出了擴展存儲器64技術EM64T（Extended Memory 64 Technology），即Intel64體系結構，該架構的核心與x86-64基本相同。

Intel64體系結構提供了64位線性地址空間，支持40位物理地址空間。在保護模式（含虛擬8086模式）、實地址模式和系統管理模式的基礎上，又引入了一個新的32位的擴展工作模式（IA-32e）。IA-32e有兩種工作方式：兼容方式和64位方式。兼容方式允許64位操作系統無需修改可運行大多數32位和16位的軟件。64位方式允許64位操作系統運行存取64位地址空間的應用程序。

Intel64新增加了8個64位的通用寄存器，并將原有寄存器擴展到64位。為SIMD多媒體指令新增了8個XMM寄存器。

2.8.2 多核微處理器

早期的CPU都是單核的，只有一個處理器核心。CPU性能的提高主要通過提高主頻和增大緩存來實現，前者會導致芯片功耗的提升，后者則會讓芯片晶體管規模激增，造成芯片成本大幅提高。但這兩種措施也只能小幅度地提升CPU性能。如果引入多核技術，則可以帶來更強的并行處理能力、更高的計算密度，能在較低頻率、較小緩存的條件下達到使CPU性能大幅提高的目的。

① Intel公司2005年推出的Pentium D與Pentium XE雙核處理器，仍采用NetBurst微處理器架構，具有兩個1MB二級緩存，兩個內核分核分別使用固定的一個二級緩存；兩個內核共享相同的封裝和芯片組接口，共享800MHz前端總線與內存連接；支持EM64T擴展技術；采用了EIST節能技術，使得處理器可根據應用程序選擇所需要的運算能力，在性能和功耗間取得最理想的平衡點；通過降低工作頻率來降低雙核處理器的功耗，最高工作頻率為3.2GHz；引入了Vanderpool虛擬化技術、LaGrande安全技術和IAMT（Intel Active Management Technology）技術等。

② Intel公司2006年推出的Core Duo2（酷睿）雙核處理器，基于新的Intel Core微體系結構，該結構引入寬的動態執行核心、先進的智能Cache、智能存儲器存取和先進的數字媒體增加技術等許多特性。該雙核處理器主要面向臺式、筆記本和工作站。

目前，臺式和筆記本已廣泛使用Intel酷睿2及酷睿i7四核處理器。