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皇冠投注网址(www.huangguan.us):硬科技:「简报王」和他们的产地 20年前64位元x86指令集诞生的时刻 #AMD (170703)

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简报时代背景:距笔者打字时将近二十年前的2001年秋季微处理器论坛 (Microprocessor Forum),AMD技术长Fred Weber正式对世界揭露了其64位元x86指令集的全貌,也变相宣告了AMD盛世的来临。

时至今日,64位元x86指令集—姑且不论叫做Intel64、AMD64还是x64—已经历经将近二十年的光阴 (当笔者打字的时候),时下绝大多数作业系统与应用程式也几乎64位元化,像nVidia更在2018年4月就宣布停止提供32位元驱动程式。本期简报王就带着各位科科回到AMD公开x86-64指令集的现场。

x86指令集一直有着缺乏资料暂存器的宿疾,无论是整数逻辑运算、浮点运算、与SSE/SSE2都只有八个,而会破坏一个运算元 (如暂存器或某个记忆体位址) 资料的双运算元格式 (例如A = A + B,原本的A资料会被盖掉) 更让这个问题雪上加霜。反观以目标高效能应用的RISC指令集,如Power、SPARC、Alpha、PA-RISC、MIPS、以及ARMv8,清一色都是标准32个暂存器以及三运算元格式 (C = A + B),像Intel IA-64更是多达128个暂存器 (但这也是难以大幅提升Itanium处理器时脉的潜在障碍)。

AMD透过删除INC/DEC指令,硬是挤出空间实作REX prefix,提供64位元模式新增暂存器的指令编码空间,让x86指令编码中所有可标定暂存器的3位元栏位,都扩展到了4位元,只要指令多出了REX Prefix这1个Byte,64位元x86处理器即可享受到倍增的资料暂存器。


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所以当这张简报登场时,不难想见众人兴奋的心情,即使还是明显比不上那票RISC指令集。

不过,作业系统与应用程式不一定会用到新暂存器,代表REX并非「必备品」,当启动新暂存器时,REX会无预警增加指令长度,提高最佳化指令解码器设计的困难度。AMD发表x86-64时很多人拍手叫好,但实际上因过度重视对32位元的相容性与最低的硬体修改成本 (K8是由K7延伸出来的产物),AMD的扩充手段并不干净俐落,日后也同时造成所有 (实质上也就剩下那两家) x86处理器厂商的困扰。

唯一可以肯定的是,微软在这件事狠狠的捅了Intel一刀。在2002年微软深陷反托拉斯风暴,时任AMD执行长的Jerry Sanders在法庭作证与微软Bill Gates的电话对谈内容 (还曾公布在微软网站),坦承当AMD得知微软不打算同时支援两套不同的64位元x86指令集,暗示「如果微软选了Intel,AMD就出局」,希望以推出Windows CE对应处理器 (Geode系列) 等条件,说服微软不要选择Intel的64位元备胎 “Yamhill”,冀望借此让AMD的市场占有率从20%跃升至50%,与Intel平起平坐。

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