2.8 64位微处理器与多核微处理器

随着微型计算机的广泛应用，促进了网络时代、数字技术时代的到来，海量的信息需要存储、处理和交换。对微处理器性能提出了更高的要求，32位的微处理器已不能适应这一要求，微处理器已进入64位和多核时代。

2.8.1 64位微处理器

目前，Intel、AMD、IBM等公司已相继推出多种64位微处理器。这些微处理器的设计大都是基于IA-64和x86-64体系结构。下面分别介绍这两种体系结构的特点。

1.IA-64体系结构

由于IA-32体系结构制约了服务器性能的提高，1994年Intel与HP公司合作开发基于IA-64体系结构的微处理器，希望通过把HP在RISC领域的十年工作经验和超长指令字结合起来，在微处理器级上改进性能，以增加指令级上的并行性。IA-64体系结构既不是CISC也不是RISC体系结构，而是吸收了RISC和CISC两者优势，采用 EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computing显性并行指令计算）技术的体系结构。如 Intel公司于2001年推出的64位Itanium处理器及2002年又推出的Itanium2处理器，都是采用IA-64体系结构，其应用目标是高端服务器和工作站。

IA-64体系结构的特点如下：

① 在并行机制中，编译器能够有效地组织代码，并使执行顺序更明确，以使处理器能够以更有效的方式执行指令。

② 为了解决分支问题，IA-64指令集使用了分支预测技术，能够移走多余的分支，减少错误的预测。强化执行中的分支预测功能，能提高分支预测的命中率，从而使流水线顺畅执行。

③ 对于内存延时，IA-64采用了动态执行技术，即在程序的运行过程中，当发现某个数据可能会被用到时，就将该数据提前取出并存入寄存器备用。

IA-64引入了64位寻址和新的指令集，它还包含一个IA-32模式的指令集。IA-32的应用程序可以在IA-64的IA-32系统环境下或Itanium系统环境的IA-32模式下运行，但不能使用Itanium系统提供的64位处理器的资源。 IA-64不是IA-32结构的64位扩展，两者是不兼容的。

2.x86-64体系结构

为了与IA-32结构的x86系列微处理器兼容，AMD公司推出了x86-64体系结构。该体系结构是与x86体系结构后向兼容的64位扩展。增加了64位寻址，扩展了寄存器资源，x86体系结构的16位和32位应用程序和操作系统不需要修改就能在x86-64体系结构下运行。

2004年Intel公司推出了扩展存储器64技术EM64T（Extended Memory 64 Technology），即Intel64体系结构，该架构的核心与x86-64基本相同。

Intel64体系结构提供了64位线性地址空间，支持40位物理地址空间。在保护模式（含虚拟8086模式）、实地址模式和系统管理模式的基础上，又引入了一个新的32位的扩展工作模式（IA-32e）。IA-32e有两种工作方式：兼容方式和64位方式。兼容方式允许64位操作系统无需修改可运行大多数32位和16位的软件。64位方式允许64位操作系统运行存取64位地址空间的应用程序。

Intel64新增加了8个64位的通用寄存器，并将原有寄存器扩展到64位。为SIMD多媒体指令新增了8个XMM寄存器。

2.8.2 多核微处理器

早期的CPU都是单核的，只有一个处理器核心。CPU性能的提高主要通过提高主频和增大缓存来实现，前者会导致芯片功耗的提升，后者则会让芯片晶体管规模激增，造成芯片成本大幅提高。但这两种措施也只能小幅度地提升CPU性能。如果引入多核技术，则可以带来更强的并行处理能力、更高的计算密度，能在较低频率、较小缓存的条件下达到使CPU性能大幅提高的目的。

① Intel公司2005年推出的Pentium D与Pentium XE双核处理器，仍采用NetBurst微处理器架构，具有两个1MB二级缓存，两个内核分核分别使用固定的一个二级缓存；两个内核共享相同的封装和芯片组接口，共享800MHz前端总线与内存连接；支持EM64T扩展技术；采用了EIST节能技术，使得处理器可根据应用程序选择所需要的运算能力，在性能和功耗间取得最理想的平衡点；通过降低工作频率来降低双核处理器的功耗，最高工作频率为3.2GHz；引入了Vanderpool虚拟化技术、LaGrande安全技术和IAMT（Intel Active Management Technology）技术等。

② Intel公司2006年推出的Core Duo2（酷睿）双核处理器，基于新的Intel Core微体系结构，该结构引入宽的动态执行核心、先进的智能Cache、智能存储器存取和先进的数字媒体增加技术等许多特性。该双核处理器主要面向台式、笔记本和工作站。

目前，台式和笔记本已广泛使用Intel酷睿2及酷睿i7四核处理器。