64位作業系統

64位作業系統是指特別為64位架構計算機系統而設計的作業系統。

64位作業系統的優點，在於能夠利用64位處理器的優勢，在處理多媒體內容時能夠有更佳的表現。

在計算機架構中，64位整數、記憶體地址或其他數據單元，是指它們最高達到64位（8位元組）寬。此外，64位CPU和算術邏輯單元架構是以暫存器、記憶體匯流排或者數據匯流排的大小為基準。 64 位CPU在1960年代，便已存在於超級計算機，且早在1990年代，就有以 RISC 為基礎的工作站和伺服器。2003年才以 x86-64 和 64 位 PowerPC 處理器架構的形式引入到（在此之前是 32 位）個人計算機領域的主流。

基本介紹

• 中文名：64位作業系統
• 使用對象：64位架構計算機
• 引入時間：2003年
• 優勢：處理多媒體內容有更佳的表現

歷史發展

1978至1995年：16位大行其道

1978年，Intel推出了首個16位CPU。在此期間，作業系統走過了16位的PC-DOS、MS-DOS、CP/M-86、UCSD Pascal P-System，MS-DOS開始成為個人計算機作業系統的霸主，直到今天，DOS在Windows系統維護中仍然扮演著重要的角色。
1985年，微軟推出了Windows 1.0，之後又陸續推出了Windows 2.0、Windows 286、Windows 386，但由於性能平平而沒有得到人們的注意。直到1990年5月，微軟推出了Windows 3.0，加入了許多有用的功能，並首次加入了多媒體功能，被輿論稱為“多媒體的DOS”。Windows 3.0一經面世，就取得驚人的成功，一舉奠定了微軟在作業系統上的壟斷地位。

1995至2005年：從16位到32位的飛躍
1985年Intel推出了首個32位處理器。在此期間，1995年8月，微軟推出了Windows 95，稱為作業系統發展史上一個里程碑。從Windows 95到Windows 98/ME，都是混合16/32位計算的作業系統，並不是純32位作業系統，穩定性和性能方面雖比過去得到了較大的提升，但仍不能滿足人們對計算機套用的需要。
2000年，微軟推出了Windows 2000，開闢了個人桌面32位計算與套用的新時代。2001年發布的Windows XP成為目前使用率最高的作業系統。
32位計算時代最成功的套用就是多媒體和Internet，32位的Windows平台上湧現了很多之前只能運行在SGI等大型圖形工作站的應用程式，如3DMax、Photoshop等，人們不再為這些多媒體創作而購買極其昂貴的圖形工作站，日益成熟的32位計算開闢了PC擔任多媒體套用工具的新紀元。

綜述：64位作業系統最早在中小型計算機上實現，主要是一些Unix系統。此後英特爾和惠普公司合作研製的IA-6464位處理器（代號 Itanium 2）推出後，出現了此平台上的64位Linux及微軟Windows作業系統（即基於IA-64的Windows XP 64位版本）。之後AMD推出了64位的X86-64架構CPU，很快就在Linux平台得到支持，並且微軟也提供了64位版本的Windows XP作業系統（全稱Windows XP Professional x64），使得IA-64位處理器日漸式微。最終英特爾決定推出與AMD之前推出的AMD64兼容的64位CPU，稱為Intel 64。蘋果切換到英特爾平台後也開始開發64位作業系統。

早期的解決方案十分古怪：如Tiger和Leopard以32位系統為核心，支持程式以64位模式運行，導致實際執行效率並不高。而後期的系統趨於完善，如Snow Leopard和更新的系統本身已於64位模式運行，可運行64位程式，也可以用兼容模式運行32位程式。

記憶體限制

一個 64 位的 CPU，內部可能有外部數據匯流排或不同大小的地址匯流排，可能比較大或比較小；術語“64位”也常用於描述這些匯流排的大小。例如，有許多機器有著使用 64 位匯流排的 32 位處理器（如最初的 Pentium 和之後的 CPU），因此有時會被稱作“64位”。同樣的，某些 16 位處理器指的是 16/32 位處理器具有 16 位的匯流排，不過內部也有一些 32 位的性能。這一術語也可能指計算機指令集的指令長度，或其它的數據項（如常見的 64 位雙精度浮點數）。去掉進一步的條件，“64位”計算機架構一般具有 64 位寬的整數型暫存器，它可支持（內部和外部兩者） 64 位“區塊”（chunk）的整數型數據。

大部分的 CPU（截至2005 年），其單個暫存器可存放虛擬記憶體中任意數據的記憶體地址（本機）。因此，虛擬記憶體（計算機在程式的工作區域中所能保留的數據總量）中可用的地址取決於暫存器的寬度。自 1960 年的 IBM System/360 起，然後1970年的 DEC VAX微型計算機，以及1980年中期的 Intel 80386，在事實上一致開發合用的 32 位大小的暫存器。32 位暫存器意味著 2^32 的地址，或可使用 4 GB 的記憶體。當時在設計這些架構時，4 GB 的記憶體遠遠超過一般所安裝的可用量，而認為已足夠用於定址。認為 4 GB 地址為合適的大小，還有其它重要的理由︰在應用程式中，如資料庫，42 億多的整數已足夠對大部分可計算的實例分配唯一的參考引用。

然而在 1990年初，成本不斷降低的記憶體，使安裝的記憶體數量逼近 4 GB，且在處理某些類型的問題時，可以想像虛擬記憶體的使用空間將超過 4 GB 上限。為此，一些公司開始釋出新的 64 位架構晶片家族，最初是提供給超級計算機、頂級工作站和伺服器機器。64位運算逐漸流向個人計算機則出現在 2003 年，並在 2006 年，轉向 EM64T 處理器，且 x86-64 處理器在頂級的 PC 中遂漸普及。64 位架構的出現，有效的將記憶體上限提升至 2^64 地址，16 EB 的記憶體。從這個角度來看，在 4 MB 主記憶體很普遍時，最大的記憶體上限 2^32 的地址大約是一般安裝記憶體的 1000 倍。當 1 GB 的主記憶體很普遍時，2^64 的地址上限大約是 1 百億倍。

市面上大部分的消費級 PC 存在著人為的記憶體限制，因受限於實例上的限制，而幾乎不太可能需要完整支持 16 EB 容量。舉例來說，Apple的 Mac Pro 最多可安裝實例記憶體至 16 GB，而無必要支持超過的大小。Linux核心（版本 2.6.16）可編譯成最高支持 64 GB 的記憶體，Windows VistaUltimate支持超過128G記憶體。

處理器

這裡的64位技術是相對於32位而言的，這個位數指的是CPU GPRs（General-Purpose Registers，通用暫存器）的數據寬度為64位，64位指令集就是運行64位數據的指令，也就是說處理器一次可以運行64bit數據。64bit處理器並非才有的，在高端的RISC（Reduced Instruction Set Computing，精簡指令集計算機）就有64bit處理器，比如SUN公司的UltraSparc Ⅲ、IBM公司的POWER5、HP公司的Alpha等。

主流CPU使用的64位技術主要有AMD公司的AMD64位技術、Intel公司的EM64T技術、和Intel公司的IA-64技術。其中IA-64是Intel獨立開發，不兼容傳統的32位計算機，僅用於Itanium（安騰）以及Itanium 2，一般用戶不會涉及到，因此這裡僅對AMD64位技術和Intel的EM64T技術做一下簡單介紹。

AMD64位技術

AMD64的位技術是在原始32位X86指令集的基礎上加入了X86-64擴展64位X86指令集，使這款晶片在硬體上兼容原來的32位X86軟體，並同時支持X86-64的擴展64位計算，使得這款晶片成為真正的64位X86晶片。這是一個真正的64位的標準，X86-64具有64位的定址能力。

X86-64新增的幾組CPU暫存器將提供更快的執行效率。暫存器是CPU內部用來創建和儲存CPU運算結果和其它運算結果的地方。標準的32-bit x86架構包括8個通用暫存器（GPR），AMD在X86-64中又增加了8組（R8-R15），將暫存器的數目提高到了16組。X86-64暫存器默認位64-bit。還增加了8組128-bit XMM暫存器（也叫SSE暫存器，XMM8-XMM15），將能給單指令多數據流技術（SIMD）運算提供更多的空間，這些128位的暫存器將提供在矢量和標量計算模式下進行128位雙精度處理，為3D建模、矢量分析和虛擬現實的實現提供了硬體基礎。通過提供了更多的暫存器，按照X86-64標準生產的CPU可以更有效的處理數據，可以在一個時鐘周期中傳輸更多的信息。

EM64T技術

Intel官方是給EM64T這樣定義的：EM64T全稱Extended Memory 64 Technology，即擴展64bit記憶體技術。EM64T是Intel IA-32架構的擴展，即IA-32e（Intel Architectur-32 extension）。IA-32處理器通過附加EM64T技術，便可在兼容IA-32軟體的情況下，允許軟體利用更多的記憶體地址空間，並且允許軟體進行32 bit線性地址寫入。EM64T特彆強調的是對32 bit和64 bit的兼容性。Intel為新核心增加了8個64 bit GPRs（R8-R15），並且把原有GRPs全部擴展為64 bit，如前文所述這樣可以提高整數運算能力。增加8個128bit SSE暫存器（XMM8-XMM15），是為了增強多媒體性能，包括對SSE、SSE2和SSE3的支持。

Intel為支持EM64T技術的處理器設計了兩大模式：傳統IA-32模式（legacy IA-32 mode）和IA-32e擴展模式（IA-32e mode）。在支持EM64T技術的處理器內有一個稱之為擴展功能激活暫存器（extended feature enable register，IA32_EFER）的部件，其中的Bit10控制著EM64T是否激活。Bit10被稱作IA-32e模式有效（IA-32e mode active）或長模式有效（long mode active，LMA)。當LMA=0時，處理器便作為一顆標準的32 bit（IA32）處理器運行在傳統IA-32模式；當LMA=1時，EM64T便被激活，處理器會運行在IA-32e擴展模式下。

AMD方面支持64位技術的CPU有Athlon 64系列、Athlon FX系列和Opteron系列。Intel方面支持64位技術的CPU有使用Nocona核心的Xeon系列、使用Prescott 2M核心的Pentium 4 6系列和使用Prescott 2M核心的P4 EE系列。

與32位區別

簡單的說x86代表32位作業系統 x64代表64位作業系統。如果你的CPU是雙核以上，那肯定支持64位作業系統了。如果你的電腦記憶體大於4G，那就要用64位的系統了，因為32位的Windows 7也好，Vista也好，最大都只支持3.25G的記憶體。而64位的windows 7最大將支持128G的記憶體。

64bit計算主要有兩大好處：可以進行更大範圍的整數運算；可以支持更大的記憶體。

記憶體這是64位系統最顯著的優點，它可以使用超過4GB的記憶體 。大多數新的台式機和筆記本電腦至少擁有4GB的記憶體。問題是，像Vista和Win 7的32位版本只能夠用大約3GB的記憶體 。相比之下，64位的Windows 不僅可以利用高達128GB的記憶體，還能夠使用的記憶體映射取代BIOS的功能，從而使作業系統真正使用完整的4GB的。