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IA-64与x86-64处理器介绍

架构师威廉希尔官方网站 联盟 来源:架构师威廉希尔官方网站 联盟 2023-12-10 14:48 次阅读

说到IA-64与x86-64可能很多人会比较陌生。不知道你在下载系统的时候有没有注意过,有的地方标注了x86/64/ia-64全版本等字样。那x86/x64/ia-64都是什么东西的版本呢?答案就是CPU

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系统有x64,x86与ia-64三种版本之分,分别用于不同的CPU。较老的CPU只能安装x86版的系统,也就是我们常见的32位系统。因为微软的缘故,32位系统在过去的很长一段时间内,占据着桌面计算机的主流地位。64位系统能够在较新的x86-64架构的CPU上运行。而ia-64则只能运行于INTEL的安腾系列处理器

x86:从1978年来的8086处理器开始,就已经出现了x86架构CPU,即32位处理器。

x86-64:又简称为x64,最初开发为1999年AMD,为了扩充IA64。当时的x86-64架构诞生颇有时代意义,处理器的发展遇到了瓶颈,内存寻址空间由于受到32位CPU的限制而只能最大到约4G。于是就有了x86-64。后被INTEL所采用。

ia-64:其实ia64的历史早于x86-64x,最初由INTEL和惠普联合推出。由于ia-64不与32位兼容,所以没有受到重视。直到INTEL采用了AMD的x86-64架构,才正式的批量生产。而后为了日益扩张的计算需求,INTEL重新将IA-64拿出来,发布了安腾系列服务器CPU。

IA- 64 架构处理器最早为安腾架构 (ItaniumArchitecture)处理器的缩写,支持64 位处理威廉希尔官方网站 。但由于安腾架构处理器末能获得市场的认可,因此Intel 公司后来推出了全新的兼容x86-64指令集的Intel 架构(IntelArchitecture)处理器。目前IA缩写通常指 Intel 架构处理器。

IA- 64架构由惠普公司于 1989年始创。惠普认为复杂指令集计算机(CISC)架构和精简指令集计算机(RISC) 架构都有缺陷。RlSC 架构每周期只能运行一个指令;而 CISC 架构为了实现同一时钟下执行多个指令的目的,需要配备高性能的解码器将指令分解成 RISC 风格的微指令。惠普提出了显式并行指令运算(EPIC)的新架构,利用超长指令字 (Very Long Instrution Word,VLIW)将三个指令整合成一个指令包,每个指令包包含了一系列能同时并发执行的RISC指令,使EPIC具有替代其他两种架构的巨大潜力。但惠普作为系统公司,不具备独立研发处理器的能力,因此 1994年惠普与Intel 合作开发以EPIC 为基础的处理器 。1999 年 10 月Intel 将该处理器命名为安腾处理器。

开发初期,Intel 和惠普认为 IA-64 架构将会成为未来服务器、工作站及高性能计算机市场的主流。虽然EPIC 指令集与 ×86 架构处理器不兼容,但基于IA-64 架构的处理器具有 64 位数据通路、64 位存储空间、64位并行运算能力,突破了传统 32位架构的许多限制。这些改进,期望让用户在数据的处理效率,系统的稳定性、安全性、可用性、可管理性等方面能够获得大幅提升。IA-64的潜力吸引了业内众多企业加入EPIC架构阵营,Compaq 公司 (2001 年被惠普收购)和 Silicon Graphics 公司 (2016 年被惠普收购)决定放弃 Alpha 与 MIPS 架构,转而开发 IA-64 架构。同时基于IA-64 架构的操作系统也被相继开发出來,包括 HP-UX、Solaris、Tru64 UNIX 和 Project Monterey 等。

但是IA-64架构处理器的超长指令字与大量缓存需要使用大量晶体管,严重影响了处理器的整体性能。因此,2001年第一代安腾处理器推出时,性能不及同时代的 RISC 与 CISC 处理器。另外 IA-64 架构处理器依赖的编译器,在研发过程中问题较多,导致开发进度不断拖延。然而导致IA-64 架构失败最重要的原因是与x86指令集不兼容,需要开发人员重新开发程序和创建新的生态环境。与此同时,lntel 的竞争对手 AMD 在×86-32 位架构的基础上新增了 64位寄存器,研发出了 AND-64 架构处理器,可向前兼容 16 位和32 位软件,使得早期×86编译器很容易应用在 AMD-64 架构处理器上。AMD-64 架构良好的兼容性使操作系统厂商逐渐放弃了对IA-64架构的支持,甲骨文 (Oracle)、微软分别于 2011 年和 2013 年退出了IA-64 阵营。

面对 AMD-64架构发展势头以及软件行业带来的压力,Intel采用与AMD交叉授权的方式,获得了AMDx86-64 拓展指令集授权,并在此基础 上衍生出 Intel 64 架构,即×86-64 架构。

虽然x86-64和IA-64处理器都能够运行64位操作系统和应用程序,但是区别在于:

x86-64架构基于x86,是为了让x86架构CPU兼容64位计算而产生的威廉希尔官方网站 。X86-64架构的设计是采用直接简单的方法将目前的x86指令集扩展。这个方法与当初的由16位扩展至32位的情形很相似。优点在于用户可以自行选择x86平台或x64平台,兼容性高。

IA-64则是原生的纯64位计算处理器,并且与x86指令不兼容。如果想要执行x86指令需要硬件虚拟化支持,而且效率不高。优点在于IA-64架构体系将拥有64位内存寻址能力,能够支持更大的内存寻址空间。并且由于架构的改变,性能比起x86-64的64位兼容模式更高更强。

所以,IA-64操作系统也是比较少见的,由于只能在INTEL安腾系列处理器及AMD部分服务器处理器运行,所以主流市场并不常见。而且,这些IA-64架构处理器也不能够使用x64操作系统。而x86-64处理器则可以自由选择x86或是x64操作系统。

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