EM64T

扩展64bit内存技术

Intel的EM64T技术，EM64T技术官方全名是Extended Memory 64 Technology，中文解释就是扩展64bit内存技术。现在的32位奔腾 4 CPU都是采用IA-32指令集，EM64T其实就是在这个指令集的基础上进行扩展，我们将它命名为IA32e。Intel这种实现64位的方法其实和AMD的x86-64技术有异曲同工之妙，都是通过64位扩展指令来实现兼容32位和64位的运算。另外不同的是Intel的EM64T技术设定了IA-32和IA-32e两种模式的激活程序，就是说EM64T需要满足特定条件才会激活。

扩展技术

EM64T本质上和AMD64一样都是IA-32的增强版本，Xeon借助于EM64T可实现高达1TB（40bit）的物理内存寻址和256TB（48bit）的虚拟内存寻址，并且良好地支持现有32位x86代码的执行，这一点跟AMD64无异，同时也是Intel开发EM64T的出发点—让现有的x86指令集能够执行64位代码，而继续保持对32位代码的良好兼容。但由于多方面的限制，无论是EM64T还是AMD64均只能实现比32位指令集更大内存空间的寻址，而无法真正做到纯64位指令集的1PB（50bit）和16EB（64bit）的物理内存和虚拟内存寻址（IA-64就能做到这一点），其关键在于EM64T和AMD64本质上仍是基于32位的x86指令集，只是Intel和AMD分别采用不同的技术手段对x86指令集进行扩展，从而实现对64位的支持。

和AMD64一样，EM64T由于要在同时运行32位和64位程序，因此会针对不同的需要运行于不同的操作模式，同时其引入的多种操作模式之间的切换较为成功地解决了32位程序在64位操作系统下的运行效率问题，当中包括了传统模式、兼容模式和纯64位模式。

传统模式

这种模式是为了令64位Xeon能没有障碍地执行现有的32位和16位程序而设计的，实际上就是32位x86时代的IA-32模式，此时现有x86程序无需作任何的改变，和我们目前使用着的32位环境一模一样。因为Nacona Xeon的核心仍然是沿着32位设计的，所以这个模式只是把所有为64位计算而新增的运算机制都屏蔽起来。

兼容模式

兼容模式允许64位操作系统（如Windows XP x64 Edition）良好地运行基于32位和16位代码的程序，此时32位程序无需重编译即可以保护模式运行，而16位程序则要依赖于操作系统和驱动程序是否支持保护模式，情况类似于32位环境下的IA-32虚拟实模式。和传统模式相同，兼容模式允许程序利用物理内存扩展实现64GB的物理内存寻址，但这并非纯64位模式的准64位寻址。

64位

此模式是三种模式当中最为高效的，同时可充分发挥EM64T的威力，但这种模式需要纯64位环境的支持，包括64位操作系统和64位应用程序。在64位操作系统和相应驱动程序的支持下，系统和应用程序能够访问EM64T所支持最大容量的扩展内存，这时Xeon平台的性能可得到最充分的发挥，当然运行于此模式下的程序需要修改其微代码以便支持64位指令操作。

可以预见，在未来的一段时间里，在64位操作系统下我们最常用的是兼容模式，因为现存的大量32位应用程序不可能在短期内为x86-64 指令集而重新开发，为了保证现有的32位程序能够继续在Xeon平台上顺利执行，EM64T提供了一种出色的解决方案。而对于传统的32位操作系统和应用程序，Xeon平台当然可以百分百地相容运行，本来EM64T就是扩展的32位x86指令集，兼容32位程序是件很自然的事。

EM64T在64位的实现方式上跟AMD64指令集有很多相似之处，但在关键的地方两者还是有很大差别，而Intel追加的大多数64位指令与AMD64指令集相兼容，因此Microsoft就不用为两家公司的64位处理器开发各自的64位操作系统。目前Microsoft推出的Windows XP x64 Edition操作系统（Beta）可同时支持EM64T和AMD64，能够兼容几乎所有的32位应用程序和大部分新增64位应用程序。

整数运算

X86-64 （AMD64 / EM64T）

AMD公司设计，可以在同一时间内处理64位的整数运算，并兼容于X86-32架构。其中支持64位逻辑定址，同时提供转换为32位定址选项；但数据操作指令默认为32位和8位，提供转换成64位和16位的选项；支持常规用途寄存器，如果是32位运算操作，就要将结果扩展成完整的64位。这样，指令中有“直接执行”和“转换执行”的区别，其指令字段是8位或32位，可以避免字段过长。

x86-64（AMD64）的产生也并非空穴来风，x86处理器的32bit寻址空间限制在4GB内存，而IA-64的处理器又不能兼容x86。AMD充分考虑顾客的需求，加强x86指令集的功能，使这套指令集可同时支持64位的运算模式，因此AMD把它们的结构称之为x86-64。在技术上AMD在x86-64架构中为了进行64位运算，AMD为其引入了新增了R8-R15通用寄存器作为原有X86处理器寄存器的扩充，而在32位环境下并不完全使用到这些寄存器。原来的寄存器诸如EAX、EBX也由32位扩张至64位。在SSE单元中新加入了8个新寄存器以提供对SSE2的支持。寄存器数量的增加将带来性能的提升。与此同时，为了同时支持32和64位代码及寄存器，x86-64架构允许处理器工作在以下两种模式：Long Mode(长模式)和Legacy Mode(传统模式)，Long模式又分为两种子模式(64bit模式和Compatibility mode兼容模式)。该标准已经被引进在AMD服务器处理器中的Opteron处理器。

英特尔也推出了支持64位的EM64T技术，在还没被正式命为EM64T之前是IA32E，这是英特尔64位扩展技术的名字,用来区别X86指令集。Intel的EM64T支持64位sub-mode，和AMD的X86-64技术类似，采用64位的线性平面寻址，加入8个新的通用寄存器（GPRs），还增加8个寄存器支持SSE指令。与AMD相类似，Intel的64位技术将兼容IA32和IA32E，只有在运行64位操作系统下的时候，才将会采用IA32E。IA32E将由2个sub-mode组成：64位sub-mode和32位sub-mode，同AMD64一样是向下兼容的。Intel的EM64T将完全兼容AMD的X86-64技术。现在Nocona处理器已经加入了一些64位技术，Intel的Pentium 4E处理器也支持64位技术。

应该说，这两者都是兼容x86指令集的64位微处理器架构，但EM64T与AMD64还是有一些不一样的地方，AMD64处理器中的NX位在Intel的处理器中将没有提供。

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