台式机__32位与64位处理器

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64位处理器已经摆在了大家面前，再也不是一个概念，虽然它的普及还需要时间，但我们还是有必要对64位处理器作一个了解，理解它与32位处理器有什么不同之处？从而更加清楚64位处理器会带给我们什么 

对CPU有些了解的人大概都知道Pentium 3和Pentium 4，了解更深的，还会知道是i386处理器在19年前把处理器从16位带入32位时代。处理器经过了20多年考验后，在去年从32位跃升到64位，这可不同1GHz到3GHz的频率提升。如果说频率的提升是把一条4车道高速公路的时速限制从120公里提升到了360公里的话，那么从32位到64位的提升就是将这条提升了3倍时速限制的高速公路从4车道拓宽到了8车道，也就是说，这条公路的运力提升了一倍，这可是质的飞跃。 

一、改朝换代——32位过度64位之因 

其实，处理器从32位跃升至64位，除了制造工艺、处理器技术的不断进步外，也是与业内的两个巨头——Intel与AMD之间的竞争白热化分不开的。关心AMD的人应该知道，AMD的K7处理器Barton、Athlon XP受制于EV6前端总线带宽和核心工作频率提升能力不足等问题的困扰，无论是在性能、还是市场上的表现都不及Intel的P4处理器。AMD要想在性能上同Intel继续竞争，就必须突破目前前端总线带宽和核心工作频率给其带来的限制，而制造工艺的成熟和技术的发展，使得依靠新的处理器架构作为突破口成为了AMD的选择。而在AMD公司推出Athlon 64系列处理器后，Intel也匆匆推出P4 3.2GHz Extreme Edition与之对抗，在此几个月后，著名的苹果电脑推出了它的64位处理器PowerPC G5（PowerPC 970）。 

二、理解64位，就理解了64位处理器 

要理解64位处理器，就要明白64bit的意义。首先，我们来看看一个很重要的概念：操作数和指令。“操作数”指的就是等待CPU处理的数据，同时也指这些等待处理的数据所在的内存地址。而指令，就是指CPU通常所处理的指令。我们要说的64位处理器处理的64位指令，不是指这个指令具有64位长，其实是指其操作数最大可达64位。操作数最高可达64位，因此存放操作数的通用寄存器（GPR）也必须是64位的，64位处理器也就有64位的GPR。同样的道理，目前作为主流的32位处理器（如Pentium 4，K7）的GPR就是32位的了

之所以叫做“64位处理器”，是因为电脑内部都是实行2进制运算，处理器（CPU）一次处理数据的能力也是2的倍数。8位处理器、16位处理器、32位处理器和64位处理器，其计数都是2的倍数。一次处理的数据越大，该电脑处理信息的能力越来越大；因此64位处理在先天就比32位处理器具有快速的能力。那为什么不用更高级的128位处理器呢？因为位数越高，处理器芯片的设计也就越复杂，目前的技术水平暂时无法制造这么复杂的芯片。

三 可以购买到的64位处理器主要有： 

英特尔：Pentium 4 6XX系列（630、640、650和660）、Itanium、Itanium2 

AMD：Athlon 64系列、Athlon 64 FX系列、Athlon 64X2系列、Opteron系列 

其中，英特尔的Itanium与Itanium2处理器，还有AMDOpteron系列处理器是为服务器与工作站设计的，不但价格昂贵，而且配套的主板也是特殊设计的专用主板，甚至内存也需要特殊的ECC校验设计，因此我们可以不必考虑购买。此外，在软件上，这些服务器专用的64位处理器与目前的软件不兼容，需要使用专门设计的64位软件，如特殊版本的Windows，和一般市面上流行的WindowsXP不同，就更加否定我们购买的可能。 

剩下的英特尔Pentium46XX系列处理器，AMDAthlon64系列和Athlon64X2系列处理器是为个人电脑设计的处理器

四、现在能买到的32位处理器种类就相当繁多，而主流的产品有： 

英特尔：Pentium 4 5XX系列、Pentium 4 E系列、Celeron D 3XX系列 

AMD：Athlon XP系列、Sempron系列 

其中，英特尔Pentium4E系列与AthlonXP系列处理器，均属于开始淘汰的产品，正在逐渐退出市场。另外，32位的服务器/工作站处理器，如至强（Xeon）处理器因为应用领域狭窄，我们也不必考虑作为个人电脑的选择。现在与未来，普通32位的处理器将日渐式微，不但价格比64位的便宜，而且能够执行的软件范围，系统性能都较64位处理器差。普通Pen鄄tium45XX系列价位约一千余元人民币，而英特尔CeleronD处理器和AMDSempron处理器更便宜到仅需几百元即可获得。

其实64位的处理器比32位处理器贵不了多少（相同频率相差数百元而已），但是在主板及内存的支出相对就会更大。消费者需要看自己的实际需要来选择合适自己的CPU，64位CPU比较适合一些需要进行大量数据运算的用户以及一些硬件发烧友，如进行数学计算、3D图形处理，这类用户因为要进行大量数据处理，64位CPU会适合他们使用，而一般的学生和家庭用户，建议还是选择32位的奔腾4、赛扬、闪龙等CPU，等到操作系统、办公软件、娱乐软件全面进入64位时代的时候，才是64位系统普及的真正来临。

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处理器运算位数CPU的位宽对CPU性能的影响绝不亚于主频。位宽是指微处理器一次执行指令的数据带宽。处理器的寻址位宽增长很快，业界已使用过4、8、16位寻址再到目前主流的32位，而64位寻址浮点运算已经逐步成为CPU的主流产品。受虚拟和实际内存尺寸的限制，目前主流的32位CPU在性能执行模式方面存在一个严重的缺陷：当面临大量的数据流时，32位的寄存器（注：为了处理数据，暂时储存结果，或者做间接寻址等等动作，每个处理器都具备一些内建的内存，这些能够在不延迟的状态下存取的内存就称为“寄存器”，每个寄存器的大小都相同）和指令集不能及时进行相应的处理运算。32位CPU一次只能处理32位，也就是4个字节的数据；而64位CPU一次就能处理64位即8个字节的数据。如果我们将总长128位的指令分别按照16位、32位、64位为单位进行编辑的话：旧的16位CPU（如Intel 80286 CPU）需要8个指令，32位的CPU需要4个指令，而64位CPU则只要两个指令。显然，在工作频率相同的情况下，64位CPU的处理速度比16位、32位的更快。可以比较一下图中的32位与64位CPU，64位的代码流的数量没有改变，其宽度随着指令代码的宽度而变化；而数据流的宽度则增加了一倍。虽然理论上在一个时钟周期内64位系统处理的数据量是32位系统的两倍，但理论和现实通常都是有差距的。要注意的是，CPU不只需要位宽够宽的寄存器，也需要足够数量的寄存器，以确保大量数据处理。因此为了容纳更多的数据，寄存器和内部数据通道也必须加倍，因此在64位CPU中的寄存器位数一般是32位CPU中的两倍。 不过，虽然寄存器位数增加了，但正在执行指令的指令寄存器却都是一样的，即数据流加倍而指令流不变。此外，增加数据位数还可以扩大动态范围。在通常使用的十进制中，只能得到最多10个整数（一位数情况下），这是因为0~9中只有10个不同的符号来表示相应的意思，想要表示10以上的数就需要增加一位数，两位数（00-99）才可以表示100个数。可以得出十进制的动态范围的计算公式：DR=10n （n表示数字位数）。在二进制体系中，相应的我们可以得到公式：DR=2n，那么目前使用的32位就可以达到232=4.3×109，升级到64位之后，就可以达到264=1.8×1019。动态范围扩大了43亿倍。提示：扩大动态范围可以在一定程度上提高寄存器中数据的准确性。比如，当使用32位系统处理气象模拟运算任务时，当处理的数据超过32位所能提供的最大动态范围时，系统就会出现诸如Overflow（超过了最大正整数）或Underflow（低于最小的负整数）的错误提示，这样寄存器中的数据就无法保证准确。除了运算能力之外，与32位CPU相比，64位CPU的优势还体现在系统对内存的控制上。由于地址使用的是特殊的整数，而64位CPU的一个ALU（算术逻辑运算器）和寄存器可以处理更大的整数，也就是更大的地址。传统32位CPU的寻址空间最大为4GB，使得很多需要大容量内存的大规模的数据处理程序在这时都会显得捉襟见肘，形成了运行效率的瓶颈。而64位的处理器在理论上则可以达到1800万个TB（1TB=1024GB），将能够彻底解决32位计算系统所遇到的瓶颈现象。当然64位寻址空间也有一定的缺点：内存地址值随着位数的增加而变为原来的两倍，这样内存地址将在缓存中占用更多的空间，其他有用的数据就无法载入缓存，从而引起了整体性能一定程度的下降。位宽原理示意图

erya2006

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