x64 与 x86架构的主要区别

介绍

x86 和 x64 架构是指由 Intel 和 AMD 创建的两种最广泛使用的指令集架构 ( ISA ) 类型。ISA 指定机器代码的行为并定义软件如何控制CPU。

ISA 是硬件和软件接口，定义了 CPU 可以做什么以及如何做。

在本文中，您将了解 x64 和 x86 架构之间的区别。

什么是 x86 架构？

x86是一种用于计算机处理器的 ISA，最初由 Intel 于 1978 年开发。x86 架构基于 Intel 的 80 86（因此得名）微处理器及其 8088 变体。最初是针对16位处理器的16位指令集，后来发展到32位指令集。

位数表示 CPU 每个周期可以处理多少信息。例如，32 位 CPU 每个时钟周期最多传输 32 位数据。

由于 x86 架构能够在笔记本电脑、家用 PC 和服务器等几乎所有计算机上运行，​​因此它已受到众多微处理器制造商的欢迎。

x86 架构最重要的限制是它最多可以处理 4096 MB 的 RAM。由于支持的组合总数为 2^32 (4,294,967,295)，因此 32 位处理器拥有 42.9 亿个内存位置。每个位置存储一个字节的数据，相当于大约 4GB 的可访问内存。

如今，x86 一词表示任何能够运行 x86 指令集的 32 位处理器。

什么是 x64 架构？

x64（x86-64 的缩写）是基于 x86 的指令集架构，经过扩展以支持 64 位代码。它于 2000 年首次发布，引入了两种操作模式 – 64 位模式和兼容模式，允许用户运行 16 位和 32 位应用程序。

由于整个 x86 指令集仍然在 x64 指令集中实现，因此较旧的可执行文件运行时几乎没有性能损失。

x64 架构比 x86 架构支持更多的虚拟和物理内存，允许应用程序在内存中存储大量数据。此外，x64 将通用寄存器的数量扩展到 16 个，从而提供了进一步的增强和功能。

x64 架构总共可以利用 2^64 字节，相当于 160 亿千兆字节（16 艾字节）内存。更高的资源利用率使其适合为需要访问大量资源的超级计算机和机器提供动力。

x64 架构允许 CPU 每个时钟周期处理 64 位数据，比 x86 多得多。

x86 与 x64

虽然这两种架构类型都基于 32 位集，但一些关键差异使它们适合不同的用途。它们之间的主要区别在于每个时钟周期可以处理的数据量和处理器的寄存器宽度。

处理器将常用数据存储在寄存器中以便快速访问。x86 架构上的 32 位处理器具有 32 位寄存器，而 64 位处理器具有 64 位寄存器。因此，x64 允许 CPU 存储更多数据并更快地访问数据。寄存器宽度还决定计算机可以使用的内存量。

下表概述了 x86 和 x64 架构集之间的主要差异：

ISA	x86	x64
初始发行	1978 年推出。	2000 年推出。
创作者	英特尔	AMD
起源	基于Intel 8086处理器。	作为 x86 架构的扩展而创建。
比特量	32 位架构。	64 位架构。
可寻址空间	4GB。	16 EB。
内存限制	4 GB（实际可用 RAM 3.2 GB）。	160 亿GB。
速度	与 x64 相比速度较慢且功能较弱。	允许高速处理大型整数集；本质上比 x86 更快。
数据传输	仅支持通过 32 位总线单次并行传输 32 位。	支持通过 64 位数据总线并行传输更大的数据块。
贮存	利用更多的寄存器来分割和存储数据。	用更少的寄存器存储大量数据。
应用支持	不支持 64 位应用程序和程序。	支持 64 位和 32 位应用程序和程序。
操作系统支持	Windows XP、Vista、7、8、Linux。	Windows XP 专业版、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Windows 10、Linux、Mac 操作系统。

特征

每个架构集都有定义它的功能，并赋予它在特定用例中的优势。以下列表展示了 x64 和 x86 的功能：

x86

• 它采用复杂指令集计算架构（CISC）。
• 复杂的指令需要多个周期才能执行。
• x86 的可用寄存器较多，但内存较少。
• 设计时采用较少的管道，但可以处理复杂的地址。
• 使用硬件方法优化系统性能 – x86 依靠物理组件来补偿内存不足。
• 使用基于软件的 DEP（数据执行保护）。

x64

• 具有 64 位整数功能，并向后兼容 32 位应用程序。
• （理论）虚拟地址空间总计 2^64 字节（16 艾字节）。然而，目前在现实生活中仅使用了理论 16 艾字节范围的一小部分 – 大约 128 TB。
• x64 通过将整个文件映射到进程的地址空间来处理大文件。
• 由于具有更快的并行处理速度、64 位内存和数据总线以及更大的寄存器，因此比 x86 更快。
• 支持多个地址空间上大文件的同时操作。此外，x64 可同时模拟两个 x86 任务，并提供比 x86 更快的体验。
• 更有效地加载指令。
• 使用硬件支持的 DEP（数据执行保护）。

应用领域

由于其不同的特性以及在资源访问、速度和处理能力方面的差异，每个架构集用于不同的目的：

x86

• 世界上许多 PC 仍然基于 x86 操作系统和 CPU。
• 用于游戏机。
• 云计算领域仍然使用x86架构。
• 较旧的应用程序和程序通常在 32 位体系结构上运行。
• 比较适合仿真。
• 由于 32 位与旧音频设备的兼容性，32 位在音频制作中仍然是首选。

x64

• 越来越多的 PC 使用 64 位 CPU 和基于 x64 架构的操作系统。
• 所有现代移动处理器都使用 x64 架构。
• 它用于为超级计算机提供动力。
• 用于视频游戏控制台。
• 虚拟化技术基于x64架构。
• 它更适合较新的游戏引擎，因为它速度更快并提供更好的性能。

局限性

虽然两种 ISA 都有局限性，但 x64 是一种更新、更完善的架构类型。以下是两种架构的限制列表：

x86

• 它具有有限的可寻址内存池。
• 与 x64 相比，处理速度较低。
• 供应商不再为 32 位操作系统开发应用程序。
• 现代 CPU 需要 64 位操作系统。
• 系统上的所有设备（显卡、BIOS等）共享可用的 RAM，为操作系统和应用程序留下的内存甚至更少。

x64

• 它本身不能在较旧的遗留设备上运行。
• 其高性能和速度通常会消耗更多电量。
• 64 位驱动程序不太可能适用于较旧的系统和硬件。
• 某些 32 位软件与 64 位体系结构不完全兼容。

如何检查您的计算机是 x64 还是 x86？

如果您拥有过去 10-15 年购买的 PC，它很可能运行在 x64 架构上。请按照以下步骤检查您的电脑是 32 位还是 64 位：

第 1 步：打开设置

在 Windows 10 上，按Windows 键并单击“设置”图标。

第2步：打开系统选项

在设置菜单中，选择系统选项。

第 3 步：查找设备规格

选择左侧窗格中的“关于”选项，然后在“设备规格”部分下找到系统类型：

在上面的示例中，系统是带有基于 x64 的处理器的 64 位操作系统。

x86 还是 x64 更好？

虽然x86和x64都有优势，但未来不能容忍极限，这意味着x86最终将很少被使用或完全被淘汰。此外，x64 速度更快，可以分配更多 RAM 内存，并且通过 64 位数据总线具有并行处理能力，使其成为两种架构类型之间更好的选择。

选择要安装的操作系统类型时，最好安装 64 位操作系统，因为它可以运行 32 位和 64 位软件。另一方面，基于 x86 的操作系统仅运行 32 位软件。

总体而言，x64 比 x86 功能更强大，可以利用所有已安装的 RAM，提供更多的硬盘空间、更快的总线速度以及更好的整体性能。

结论

本文展示了 x86 和 x64 指令集架构之间的差异，以及它们的功能、用例和限制。考虑每种 ISA 的所有功能并选择最适合您的配置的一种。