64位操作系统

64位操作系统是指特别为64位架构计算机系统而设计的操作系统。

64位操作系统的优点，在于能够利用64位处理器的优势，在处理多媒体内容时能够有更佳的表现。[1] 

在计算机架构中，64位整数、内存地址或其他数据单元，是指它们最高达到64位（8字节）宽。此外，64位CPU和算术逻辑单元架构是以寄存器、内存总线或者数据总线的大小为基准。 64 位CPU在1960年代，便已存在于超级计算机，且早在1990年代，就有以 RISC 为基础的工作站和服务器。2003年才以 x86-64 和 64 位 PowerPC 处理器架构的形式引入到（在此之前是 32 位）个人计算机领域的主流。

中文名

64位操作系统

使用对象

64位架构计算机

引入时间

2003年

优    势

处理多媒体内容有更佳的表现

目录

1. 1历史发展
2. 2内存限制
3. 3处理器
4. ▪AMD64位技术
5. ▪EM64T技术
6. 4与32位区别

历史发展

1978至1995年：16位大行其道

1978年，Intel推出了首个16位CPU。在此期间，操作系统走过了16位的PC-DOS、MS-DOS、CP/M-86、UCSD Pascal P-System，MS-DOS开始成为个人计算机操作系统的霸主，直到今天，DOS在Windows系统维护中仍然扮演着重要的角色。
　　1985年，微软推出了Windows 1.0，之后又陆续推出了Windows 2.0、Windows 286、Windows 386，但由于性能平平而没有得到人们的注意。直到1990年5月，微软推出了Windows 3.0，加入了许多有用的功能，并首次加入了多媒体功能，被舆论称为“多媒体的DOS”。Windows 3.0一经面世，就取得惊人的成功，一举奠定了微软在操作系统上的垄断地位。

1995至2005年：从16位到32位的飞跃
　　1985年Intel推出了首个32位处理器。在此期间，1995年8月，微软推出了Windows 95，称为操作系统发展史上一个里程碑。从Windows 95到Windows 98/ME，都是混合16/32位计算的操作系统，并不是纯32位操作系统，稳定性和性能方面虽比过去得到了较大的提升，但仍不能满足人们对计算机应用的需要。
　　2000年，微软推出了Windows 2000，开辟了个人桌面32位计算与应用的新时代。2001年发布的Windows XP成为目前使用率最高的操作系统。
　　32位计算时代最成功的应用就是多媒体和Internet，32位的Windows平台上涌现了很多之前只能运行在SGI等大型图形工作站的应用程序，如3DMax、Photoshop等，人们不再为这些多媒体创作而购买极其昂贵的图形工作站，日益成熟的32位计算开辟了PC担任多媒体应用工具的新纪元。

综述：64位操作系统最早在中小型计算机上实现，主要是一些Unix系统。此后英特尔和惠普公司合作研制的IA-6464位处理器（代号 Itanium 2）推出后，出现了此平台上的64位Linux及微软Windows操作系统（即基于IA-64的Windows XP 64位版本）。之后AMD推出了64位的X86-64架构CPU，很快就在Linux平台得到支持，并且微软也提供了64位版本的Windows XP操作系统（全称Windows XP Professional x64），使得IA-64位处理器日渐式微。最终英特尔决定推出与AMD之前推出的AMD64兼容的64位CPU，称为Intel 64。苹果切换到英特尔平台后也开始开发64位操作系统。

早期的解决方案十分古怪：如Tiger和Leopard以32位系统为核心，支持程序以64位模式运行，导致实际执行效率并不高。而后期的系统趋于完善，如Snow Leopard和更新的系统本身已于64位模式运行，可运行64位程序，也可以用兼容模式运行32位程序

内存限制

       一个 64 位的 CPU，内部可能有外部数据总线或不同大小的地址总线，可能比较大或比较小；术语“64位”也常用于描述这些总线的大小。例如，有许多机器有着使用 64 位总线的 32 位处理器（如最初的 Pentium 和之后的 CPU），因此有时会被称作“64位”。同样的，某些 16 位处理器指的是 16/32 位处理器具有 16 位的总线，不过内部也有一些 32 位的性能。这一术语也可能指计算机指令集的指令长度，或其它的数据项（如常见的 64 位双精度浮点数）。去掉进一步的条件，“64位”计算机架构一般具有 64位宽的整数型寄存器，它可支持（内部和外部两者） 64 位“区块”（chunk）的整数型数据。

大部分的 CPU（截至2005 年），其单个寄存器可存放虚拟内存中任意数据的内存地址（本机）。因此，虚拟内存（计算机在程序的工作区域中所能保留的数据总量）中可用的地址取决于寄存器的宽度。自 1960 年的 IBM System/360 起，然后1970年的 DEC VAX微型计算机，以及1980年中期的 Intel 80386，在事实上一致开发合用的 32 位大小的寄存器。32 位寄存器意味着 2^32 的地址，或可使用 4 GB 的内存。当时在设计这些架构时，4 GB 的内存远远超过一般所安装的可用量，而认为已足够用于寻址。认为 4 GB 地址为合适的大小，还有其它重要的理由︰在应用程序中，如数据库，42 亿多的整数已足够对大部分可计算的实例分配唯一的参考引用。

然而在 1990年初，成本不断降低的内存，使安装的内存数量逼近 4 GB，且在处理某些类型的问题时，可以想像虚拟内存的使用空间将超过 4 GB 上限。为此，一些公司开始释出新的 64 位架构芯片家族，最初是提供给超级计算机、顶级工作站和服务器机器。64位运算逐渐流向个人计算机则出现在 2003 年，并在 2006 年，转向 EM64T 处理器，且 x86-64 处理器在顶级的 PC 中遂渐普及。64 位架构的出现，有效的将内存上限提升至 2^64 地址，16 EB 的内存。从这个角度来看，在 4 MB 主内存很普遍时，最大的内存上限 2^32 的地址大约是一般安装内存的 1000 倍。当 1 GB 的主内存很普遍时，2^64 的地址上限大约是 1 百亿倍。

市面上大部分的消费级 PC 存在着人为的内存限制，因受限于实例上的限制，而几乎不太可能需要完整支持 16 EB 容量。举例来说，Apple的 Mac Pro 最多可安装实例内存至 16 GB，而无必要支持超过的大小。Linux内核（版本 2.6.16）可编译成最高支持 64 GB 的内存，Windows VistaUltimate支持超过128G内存。

处理器

这里的64位技术是相对于32位而言的，这个位数指的是CPU GPRs（General-Purpose Registers，通用寄存器）的数据宽度为64位，64位指令集就是运行64位数据的指令，也就是说处理器一次可以运行64bit数据。64bit处理器并非才有的，在高端的RISC（Reduced Instruction Set Computing，精简指令集计算机）就有64bit处理器，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位技术主要有AMD公司的AMD64位技术、Intel公司的EM64T技术、和Intel公司的IA-64技术。其中IA-64是Intel独立开发，不兼容传统的32位计算机，仅用于Itanium（安腾）以及Itanium 2，一般用户不会涉及到，因此这里仅对AMD64位技术和Intel的EM64T技术做一下简单介绍。

AMD64位技术

AMD64的位技术是在原始32位X86指令集的基础上加入了X86-64扩展64位X86指令集，使这款芯片在硬件上兼容原来的32位X86软件，并同时支持X86-64的扩展64位计算，使得这款芯片成为真正的64位X86芯片。这是一个真正的64位的标准，X86-64具有64位的寻址能力。

X86-64新增的几组CPU寄存器将提供更快的执行效率。寄存器是CPU内部用来创建和储存CPU运算结果和其它运算结果的地方。标准的32-bit x86架构包括8个通用寄存器（GPR），AMD在X86-64中又增加了8组（R8-R15），将寄存器的数目提高到了16组。X86-64寄存器默认位64-bit。还增加了8组128-bit XMM寄存器（也叫SSE寄存器，XMM8-XMM15），将能给单指令多数据流技术（SIMD）运算提供更多的空间，这些128位的寄存器将提供在矢量和标量计算模式下进行128位双精度处理，为3D建模、矢量分析和虚拟现实的实现提供了硬件基础。通过提供了更多的寄存器，按照X86-64标准生产的CPU可以更有效的处理数据，可以在一个时钟周期中传输更多的信息。

EM64T技术

Intel官方是给EM64T这样定义的：EM64T全称Extended Memory 64 Technology，即扩展64bit内存技术。EM64T是Intel IA-32架构的扩展，即IA-32e（Intel Architectur-32 extension）。IA-32处理器通过附加EM64T技术，便可在兼容IA-32软件的情况下，允许软件利用更多的内存地址空间，并且允许软件进行32 bit线性地址写入。EM64T特别强调的是对32 bit和64 bit的兼容性。Intel为新核心增加了8个64 bit GPRs（R8-R15），并且把原有GRPs全部扩展为64 bit，如前文所述这样可以提高整数运算能力。增加8个128bit SSE寄存器（XMM8-XMM15），是为了增强多媒体性能，包括对SSE、SSE2和SSE3的支持。

Intel为支持EM64T技术的处理器设计了两大模式：传统IA-32模式（legacy IA-32 mode）和IA-32e扩展模式（IA-32e mode）。在支持EM64T技术的处理器内有一个称之为扩展功能激活寄存器（extended feature enable register，IA32_EFER）的部件，其中的Bit10控制着EM64T是否激活。Bit10被称作IA-32e模式有效（IA-32e mode active）或长模式有效（long mode active，LMA)。当LMA=0时，处理器便作为一颗标准的32 bit（IA32）处理器运行在传统IA-32模式；当LMA=1时，EM64T便被激活，处理器会运行在IA-32e扩展模式下。

AMD方面支持64位技术的CPU有Athlon 64系列、Athlon FX系列和Opteron系列。Intel方面支持64位技术的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。

与32位区别

简单的说x86代表32位操作系统 x64代表64位操作系统。如果你的CPU是双核以上，那肯定支持64位操作系统了。如果你的电脑内存大于4G，那就要用64位的系统了，因为32位的Windows 7也好，Vista也好，最大都只支持3.25G的内存。而64位的windows 7最大将支持128G的内存。

64bit计算主要有两大好处：可以进行更大范围的整数运算；可以支持更大的内存。

内存这是64位系统最显著的优点，它可以使用超过4GB的内存 。大多数新的台式机和笔记本电脑至少拥有4GB的内存。问题是，像Vista和Win 7的32位版本只能够用大约3GB的内存 。相比之下，64位的Windows 不仅可以利用高达128GB的内存，还能够使用的内存映射取代BIOS的功能，从而使操作系统真正使用完整的4GB的。