64-bit是不是晃点全人类的阴谋

32/3264-bit是不是晃点全人类的阴谋？伐木者注：最近大家谈论比较多的就是64位的XP，在此转贴一篇关于64位的性能评测。对于没有耐心看完此贴的朋友，我可以先告诉大家结果。64位确实比32位先进，但性能提升是及其有限的。

16位计算机的内存寻址为640K，32位计算机的内存寻址能力是4G，64位将扩展到180亿G。但现在有哪台家用电脑用4G内存不够？显然，32位升级到64位远不如当初从16位升级到32位值得欢呼。

任何规律都有其局限性的，摩尔定律也不例外，电脑总有一天会如同办公桌一样用二十年。一、64-bit究竟有没晃点我们？

究竟我们是在期待处理器还是操作系统的升级?每次Intel和AMD竟相发布更高规格和性能处理器的时候,我们都难免沾沾自喜一番,可是买了最新的硬件,却不得不面临没有操作系统和软件支持的为难局面。在硬件开展快过软件的时代，微软的操作系统一次次地成为了我们的救命稻草。

Windows95-->Windows98se-->Windows2000-->WindowsXP，几乎每次全新操作系统的发布都能够给我们涣然一新的感觉，并带着了整个IT产业向前开展。WindowsLonghorn更是为我们带来全新的理念，3D化的操作界面，多媒体功能也完完全全地被贯彻到了PC系统当中，不过今天的主角显然也决不会令大家失望。

AMDAthlon64处理器的发布，吹响了PC进军64-bit平台的口号，市场追随者迅速被凝聚起来了，最后Intel也不得不破天荒跟随AMD，在其Xeon和6XX系列处理内置了64-bit内存扩展技术。可是当一切竞争井然有序进行的时候，越来越多的人才知道微软竟然没有64-bit的主流操作系统，当64-bit之风吹遍整个神州大地的时候，我们竟面临无操作系统可用的为难境地。这好比你买了一台奔驰汽车，却只能在山涧的崎岖小道行使一样，感觉特别不爽。不过历经曲折之后，WindowsXP64bit版本终于可拨开乌云见明月。（其实笔者有一点还是异常担忧的，微软现在依靠在操作系统的垄断地位，不断深入各个软件、硬件领域，即使操作系统也细分为N+1个版本，什么WindowsMobile、WindowsTablet、多媒体中心版本。人的精力、能力终归是有限的，盖茨面对这么多产品相必也力不从心吧。也就是说，更优质操作系统的开发周期变长、所包含的技术减少，此时此刻，笔者都已经深深感受到分拆微软其实真可造福全人类，让他们带来更好的产品。这是题外话！）

当我们一次次提到64-bit计算的时候，很多人想到的可能会是“它有两倍于32-bit平台的性能，在3D建模时速度更快、效果更逼真，玩游戏自然也更流畅，那时候计算机就会是一个具有魔力的盒子，变得无所不能吧？〞。但也有一局部反对者认为（Intel早期便是这样想的），64-bit只是个唬人的数字，晃点消费者去购置新平台的阴谋而已。不过事实终归是证明了一切，Intel、AMD、微软、nVIDIA、ATi、VIA等等业界巨头都在倡导着64-bit技术，这总不会是全人类造就的阴谋吧！那么对于64-bit，对于Intel和AMD各自的64-bit，我们都有充分的认知，有做好心理准备去迎接实现方法不同，结果都是迈入64-bit的平台吗？

Intel和AMD两者是既有区别，也有共同点，首先是它们并不会带来如我们期待的两倍于32-bit的性能(那是理想化的结果)，正如双核心处理器的性能并不会等于两颗单核心处理器性能之和。以前我们有过从8bit处理器到16-bit，从16-bit到32-bit的区别，现在也是相同道理。目前面向PC平台的64-bit技术其实都是在往昔x86指令架构(ISA)上的扩展，包括了AMD64和Intel代码兼容的EM64T，都有各自的优点和缺点。优点包括了，比x86ISA提供了更大的内存寻址空间，更清晰方便的编程模式，还有性能的增益，并且保存了向目前32-bit应用程序兼容的能力。

为了方便大家对未来64-bit平台的选购，沉着驾御自己的工作、娱乐平台，我们今天特地挑选了AMD和Intel的64-bit处理器，并搭配微软最新的64-bitWindowsXP操作系统，进行一些技术解析和性能测试。在正式版本的WindowsXP64-bit发布后，想这也是开展的必然趋势吧。最新的64-bit处理器与WindowsXPProx64版本在32bit和64-bit的应用究竟如何？不用再等待，现在就让大家先睹为快。

二、64-bit技术的要点

把PC平台带入64-bit“深渊〞的始作俑者乃AMD，它最早提出了x86技术的64-bit扩展，这便是现在闻名于世的AMD64。在开发的早期，该技术一直被命名为x86-64，最后可能出于市场的原因，在正式推出的时候被修改为AMD64。实际上，AMD64也是AMDK8架构的官方名称，因此在很多时候会搞得大家一塌糊涂。在64-bit深入人心，微软明确表示不再开发第二款64-bit操作系统的时候，Intel也只能参加兼容AMD64的阵营，不过在命名的选择上它的余地很少。再说无论怎样，Intel都不会做“NowWithAMD64Compatibility〞（兼容AMD64)这种龟孙子的行为吧。在此严峻形势而无可选择的情况下，Intel只得复制AMD64技术，并被命名为Intel扩展内存64bit技术，也就是“EM64T〞。

在很多时候我们听到商家和媒体声嘶力竭地呼喊“64-bit处理器是区别于以往处理器的全新产品〞，其实我们现在明白它只不过是在x86的基础上参加了新的64-bit指令扩展而已，当然除此外也有其它技术革新，因为社会肯定是不断进步的，虽然道路会有些曲折。

现在市场上销售的所有Athlon64和Opteron处理器都提供了对x86-64技术的兼容，而Intel方面则在Pentium4600系列和最新的Xeons处理器提供了相关技术支持。Intel信誓旦旦地声称，将会在所有桌面处理器产品线提供对64-bit技术的兼容，当然也包括Celeron低端产品。AMD方面虽然没有表示在Sempron产品线也提供AMD64扩展，但如果Celeron也这样做的话，它也只好不得以而为之了。

两个竞争对手

在很长的一段时间里，能够提供对64-bit技术支持的只有Linux操作系统，甚至现在所有市场上出售的WindowsXPx86-64仍是处于Beta阶段。当然过几天微软就会正式推出最终版的WindowsXPx86-64，它也承诺将免费提供应现在的正版WindowsXP操作系统拥有者。在四月份发布的WindowsXP专业版x64和我们现时的XP有着比较大的区别，因为它是在效劳器版本WindowsXP技术的基础上提供64-bit的支持。也就是说，它们原本就是微软打算开发给IntelItanium处理器使用的，如果牵强地称呼为WindowsXP64-bit未免有些不敬，它的稳定性和平安性相信比之前的版本有质的提高。在四月前，市场上可用得到的Windowsx64乃RC2版，一旦WindowsXPx64Edition正式出售，也同时说明64-bit市场进入突飞猛进的时代，预计64-bit全面进入千家万户。

关于对32-bit程序的兼容问题，是一个值得积极探讨的事情。Windowsx64通过一个称为“WOW64”的工具，可以运行32-bit应用程序，而在性能的损失都是微乎其微的。也就是说，使用WindowsXPProx64，无论是应用界面和使用习惯都和当前的操作系统一般无二。不过任何事情可不能看外表，其中玄机和工夫都由厂家给完成了。比方设备的驱动，就必须为Windowsx64进行重新编译，32-bit驱动在其上将不能够正常工作。当然微软已经为当前主流的硬件设备内置了驱动程序，比方Intel925X和nForce4平台就不需任何芯片组驱动。不过在另一方面，我们却不得不等待硬件制造商发布最新版本的驱动，RealTek和nVIDIA都各自不断更新音频和视频驱动，以期获得更好的兼容性和性能、功能。ATi也已经推出了64-bitbeta版本的催化剂显示卡驱动，不过值得注意的是，很多硬件制造商还没有做好向64-bit平台迁移的准备。

有一些应用程序可能也还没做好往Windows64迁移的准备，比方WinXPx64就会有两个版本的InternetExplorer，分别是32-bit和64-bit的版本。微软之所以把32-bitIE作为操作系统的默认，是因为目前大局部ActiveX控件都还是用32-bit代码编写，也就是说间谍软件也不能运行在64-bit操作系统？不过随着时间的进步，未来越来越多的程序将会使用64-bit程序作为默认编译器，64-bit二进制也将唯一兼容64-bit处理器和操作系统。

三、64-bit技术的优势

1、完全解决内存寻址的问题

当AMD的设计团队创立x86-64ISA的时候，它就为后者准备一些与生俱来的优点，首先最为重要的是解决32-bit的硬伤--32bit的内存寻址空间：32-bit系统和硬件支持的最高物理内存为4GB，对于当前桌面PC来说，这似乎已经足够了，但越来越多的x86ISA平台被应用于工作站和效劳器，4GB内存无异于杯水车新。并不仅仅如此而已，32-bit寻址的效率也实在不敢恭维。在默认的情况下，WindowsXP限制了应用程序仅能使用2GB的内存空间，而剩下的2GB则保存给系统任务。x86系统的寻址使用了一个称为物理内存扩展的机制，这解决了4GB物理内存的限制，在某些效劳器版本的操作系统，它允许在32-bit系统支持最高达128GB的物理内存。然而，PAE使用的内存分页被认为效率不高。

与此同时，一些用户经常使用的数据却在呈现级数的上升，比方高清晰的数字摄影机、HD视频和HD游戏，显示卡的内存甚至也已经高达512MB。科学计算和技术工作站也已经抵达了32-bit应用的顶峰。

在转移到64-bit寻址的时候，内存寻址空间能力也从2^32增加到2^64，至此x86-64ISA

完全解决了内存数量的限制。64-bit寻址空间的峰值寻址空间是16EB，这在当前是无法想象的巨大数量。不过当前AMD64处理器并没有完全利用64-bit的寻址能力，仅有40bits物理寻址空间，1TB，48bits的虚拟内存寻址空间，为256TB。开始WindowsXPx64支持128GB的物理内存和高达16TB的虚拟内存，缓存的最高上限也从32bit的1GB增加到64bit的1TB，1千倍。WindowsXPx64还为32-bit应用程序赢得了额外的增益，每个应用程序最高可以使用4GB的空间。

简而言之，转移到64bit后，x86ISA的内存限制被完全去除，为PC赢得了增长的空间。不过这个改良机制并不会带来性能的增益，可用内存的多少并不代表就有多少内存。但这是与x86-64相比最重要的区别。

2、存放器，64-bit性能的重点

x86ISA普通存放器(GPRs)可用数目也是一个值得注意的问题。存放器的速度非常快，要远快于处理器内存的缓存，它在处理器内部用于储存计算的值，要重复使用的数据通常会存放在存放器中。不过可惜好东西并不多，x86ISA仅能够提供8个GPRs，数量之微也使得它一直处于耗尽状态，而同代的处理器则可提供更多的GPRs，比方PowerPC604RISC架构可提供32个GPRs。由于没有足够的GPRs可用，x86编译器为了得出正确可用的数据，只得花费大量时间在缓慢的数据排序上。

为了解决这样的瓶颈，x86-64ISA带来了更多更好的存放器。首先它增加了8个GPRs，总数到达16，并且它们都没有32-bit值的限制，都能储存64-bit数据类型。此外在新的GPRs中，x86-64还包括了8个新的128-biSSE/SSE2存放器，总共也是16个。在这样的处理后，x86-64ISA比x86获得了性能的长足进步。

x86-64与x86ISA相比增加的存放器

那么性能的增长究竟有几何？这还要依据应用程序，要知道某些程序并没有使用上述的所有存放器，不过它们在用x86-64重新编译后，均可获得本地数据类型的好处。此外代码的复杂程度、应用程序的计算密度都会影响到性能，比方用Fortran语言代码的性能增益就要比单纯的执行2进制数据来得明显。

也就是为什么会有些人说，64-bit程序的性能与32-bit比并没有没什么增益，但是在某些情况下，所见到的性能却是获得了实实在在的增长。

3、指令集，性能增长的魅力

x86ISA在编程模块也存在一些恼人的问题，比方有些指令集是并不需要使用到的，现在MMX、3DNow、x87、SSE、SSE2和SSE3已经能够处理之前的x86ISA。x86-64则丢弃了MMX、3DNow!、x87FPU，而是把SSE和SSE2作为其核心指令集。SSE/SSE2指令集能复制其它指令集的功能，但是在切换到64-bit模式后，WinXPx64就不能够执行FPU和MMX存放器。也就是说MMX、3DNow!和x87FPU在WOW6432-bit兼容模式可以执行，但在64-bit应用却不行。至于最新的SSE3，则有望在不远的将来被64-bit处理器支持，AMD也预计在AMD64架构参加SSE3的支持。

x87FPU与RISC设计相比，一直被认为乃x86CPU架构的短板，也就是说x86处理器的FPU性能相当糟糕。SSE2使用更现代的编程模块，取代了x87基于堆栈的编程模块，从而在浮点运数性能上获得了增长的潜力。SSE2还取代了x87的IEEE80-bit精度，换为可选择的IEEE32-bit或者64-bit浮点运算。这样做的好处是x86-64处理器在执行64-bit模式的时候可获得类似RISCCPUs的浮点性能，不过由于精度的差异，这些结果和x87FPU的会有些区别。

由于64-bitISA取消了MMX、3DNow!和x87FPU，包括了汇编代码的程序将无法在Windowsx64编译。这也意味着应用程序，包括游戏，使用汇编代码进行的优化都必须牺牲。那么在32-bit到64-bit转移的时候，x86-64额外存放器所带来的优势似乎又被这样给消去了。某些32-bit游戏、程序如果使用大量优化的话，它完全可以到达转移到64-bit所带来的性能。

我们的测试平台和方法

Pentium4系统的所有测试都翻开Hyper-Threading功能。系统桌面被设置为1152x864@32-bit@85Hz刷新率，所有测试垂直刷新功能都被禁止。进行的测试包括了以下应用程序：

SiSoftSandra2005SR110.50

DOOM31.1withtrdelta1demo

FarCry1.3withtr3-pierdemo

UnrealTournament2004v3355withtrdemo1

TheChroniclesofRiddick:EscapefromButcherBaywithtrdemo3

3DMark05v120

POV-RayforWindows3.6.1a32-bit

POV-RayforWindows3.664-bit

picCOLORv4.0build53232-bit

picCOLORv4.0build53264-bit

ThePanoramaFactoryv3.3

ThePanoramaFactoryv3.3AMD64EditionBeta3

BlobbyDancerforAMD64demo

五、测试结果

由于大局部人对游戏都会非常感兴趣，因此我们也从此测试开始。首个测试是“超世纪战警:逃离屠场〞，这是个非常火暴的游戏，很多玩家甚至认为它比Doom3还要略胜一筹。该游戏除了32-bit版本外，还特地开发了64-bit版本。

在测试时候我们首先用正常的游戏记录demo，然后在通过回放的形式进行测试。在GeForce6系列GPUs，游戏支持高级的软渲染模式，但是显示卡的负担也非常吃力。

1、超世纪战警:逃离屠场

以下测试结果中，如果标明“Win32”表示测试的系统是32-bit版本WindowsXPPro，如果“Win64”则表示运行在WinXPProx64RC2。标注“32-bit〞则是使用32-bit的应用程序，标注“64-bit〞则说明使用64-bit应用程序。不过在很多情况可能会是“Win64”和“32-bit〞的混合体，它是在Windowsx64操作系统执行32-bit程序。

AMD和IntelCPU在使用64-bit模式的时候并没有获得巨大的性能进步。不过有趣的是，Athlon64在WinXPx64执行32-bit代码要比WinXP32-bit快。Pentium4则相反，在64-bit操作系统的性能反而不及32-bit。似乎转移到64-bit应用的性能并非如预期的理想。

2、Doom3

接着我们使用一些32-bit游戏进行测试，由于可使用的64-bit游戏并不多，我们在测试的时候多少有些被动。在此我们也是用录制demo的方式，然后是回放测试。

Doom3在转移到64-bit操作系统的时候并没有获得性能增长或者损失，这对于准备换平台的人来说可是个好消息。

3、FarCry

FarCry是个非常有趣的游戏，它和Riddick一样，在包装盒上使用了AMD64的Logo。不过和Riddick不同，FarCry的64-bit版本一再拖延，现在我们也只有使用32-bit的方式测试。

4、虚幻竞技场2004

Pentium4在使用64-bit操作系统的时候，获得了一定性能进步。保守点说，32-bit游戏在WinXPx64的执行效能要比WinXP32bits模式的好。

5、picCOLOR专业测试

picCOLOR是一个图象处理和分析的工具，也是从32-bit应用程序转移到64-bit的典型。它被广泛使用在科学应用上，比方质点流量分析。picCOLOR也用进了CPU技术的优点，包括MMX、SSE2和Hyper-Threading，由于有64-bt版本，所以我们能够测试x86-64ISA。

比照64-bit和32bit的性能比较并不直观，由于32-bit程序使用了一些汇编代码进行优化,并参加MMX来对程序进行加速。由于MMX不支持的缘故，汇编代码在64-bit模式将不能够被执行，64-bit编译器也没法执行64-bit编译。也就是说，picCOLOR64-bit模式没有优化的代码。

幸好，32-bitpicCOLOR包括了禁止MMXcode的功能，我们也得以从高阶语言(C语言）执行2进制编译器，picCOLOR的32-bit和64-bit模式也能够获得比较。在下面的图表中，标注"32-bit/NoMMX〞表示没有包括MMX代码。

与32-bit版本没有使用MMX汇编代码优化的程序相比，Pentium4和Athlon64在64-bit都获得了瞩目的性能进步。不过有个现象也非常有趣，Pentium4在32-bit模式有较好的性能，而Athlon644000+在64-bit模式表现更加优秀，究其原因是Athlon64使用x86-64ISA的收益。

另一方面，32-bitpicCOLOR在使用MMX后，要比没有使用要更快，而在WinXPx64运行32-bit程序的时候，几乎没有任何性能增长或者丧失。

6、ThePanoramaFactory

ThePanoramaFactory是一个专门制作具有360度环场效果的影像式虚拟现实软件，您也可以使用它来制作出超广角的照片，而且只要轻轻松几个步骤就可以做到，再也不需要使用Photoshop等影像编修软件大费周章的做调整了。

在转移到64-bit模式获得的性能增长是显著的，Athlon64在64-bit模式几乎有1一分钟的增长，而Pentium4获得的性能也相似。

交换函数，作为程序性能的核心局部，在使用x86-ISA后获得了巨大的进步。在整体时间，我们不相信读/写等I/O函数被包括在PanoramaFactory的计算中。

7、POV-Ray

是指建立逼真出色图片的电脑绘图技术.