64位和128位CPU的那些事兒

coderoar

這幾天論壇上討論[color="Blue"]這個問題，引發了一些爭議。其中一大疑問，是像PS2這樣遊戲機所用的CPU的位寬問題——由於分析其內部規格的時候，寄存器的位寬各不相同，所以難以判定。

類似情形，在用於PC的CPU上也時有發生。例如以前的Pentium Pro，含有36位地址總線，但是只支持32位指令集，而地址操作可通過PAE擴展來實現，所以仍然是32位CPU。

所以，要判斷CPU的位寬，更簡便有效的方法是查看它的架構和指令集，因為兩者都規定了它能操作數據的位寬。支持多個指令集的CPU，其架構取決於能完成通用數據操作的主指令集；而那些用來操作特定數據的指令集，並不能作為判斷的依據。此外，由多個不對等單元構成的CPU，其位寬應由主控單元決定。

下面我來簡單分析一下，望高手莫笑。

• Emotion Engine
  
  PS2採用的Emotion Engine處理器，由八個單獨的單元構成：一個CPU核心(雙路超標量順序RISC處理器)、兩個Vector Processing Units (VPU)、一個Graphics interface(GIF，圖形接口)、一個十通道DMA單元、一個內存控制器、一個Image Processing Unit (IPU，圖像處理單元)和一個Input Output Interface(輸入輸出接口)。
  
  上述中的CPU核心支持MIPS-III和大量MIPS-IV指令以及一個索尼定製的128位SIMD指令集：前兩個都是64位通用指令集；後者還可操作特定128位數據。
  
  它包含了128位的整數寄存器來支持其定製指令集，因此在廣告中被稱為128位處理器。但是由於只能使用64位內存地址，從傳統意義上講僅僅是一款64位處理器。
  
  
  
• Cell
  
  PS3採用的Cell處理器，由一個”Power Processing Element”(PPE，基於Power架構的雙路多線程處理器，含有64位的通用寄存器，64位浮點寄存器和128位的Altivec寄存器，作為SPEs的控制器)和七個Synergistic Processing Elements(SPEs，帶128位SIMD結構的RISC處理器，僅含128位寄存器)構成。
  
  PPE於上面Emotion Engine的CPU核心類似，支持一種可操作128位浮點和整數的SIMD指令集——AltiVec指令集。
  
  由於PPE作為控制器與SPE和外界打交道，所以Cell的位寬由PPE決定。由於Power架構是64位架構，因此PPE是64位的處理器，Cell處理器也就是64位。
  
  
  
• Xenon
  
  Xbox 360上的Xenon處理器，由三個稍作修改的PPE核心（就是上面為PS3設計的Cell處理器中的那個）構成，是64位。
  
  
  
• Broadway
  
  Wii上的Broadway處理器，沒有其核心數量方面的資料，但是可知其核心是基於Power架構的，所以是64位。

總之，與英文維基百科上的結論一致，目前的64位CPU已經能夠處理部分128位數據，但還沒有能處理任意128位數據的主流通用CPU。

下面是按架構分類的當前常見64位CPU。

• Intel Itanium architecture (先前稱為IA-64)
  
  
  • Itanium
  
  
• MIPS64 architecture
  
  
  • Emotion Engine (用於PS2)
  
  
• Power architecture
  
  
  • Broadway (用於Wii)
    
  • Cell Broadband Engine (用於PS3)
    
  • Xenon (用於Xbox 360)
  
  
• x86-64 (又稱x64，AMD稱之為AMD64，Intel先前稱之為EM64T，現稱之為Intel 64)
  
  
  • AMD K8 及後繼核心構成的CPU
    
  • Intel Atom (N和Z系列除外)
    
  • Intel Celeron (2005年中的Prescott-256及以後核心)
    
  • Intel Core (2 · i5 · i7)
    
  • Intel Pentium Dual-Core (Yonah核心的除外)
    
  • Intel Xeon (Nocona及以後核心)
    
  • VIA Nano

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在分析的過程中，也看了下中文和日文的維基，相對來講，無論是質還是量都比英文維基要差了很多。英文維基不僅有詳盡的描述，還給出了充分的引用和外部鏈接，所以權威性更強。但是，學習的過程中，也不能完全依賴維基——畢竟維基是人寫的，不免有疏漏。至於其它一般的中文資源，常常是錯誤百出。

行文倉促，如有疏漏，請不吝賜教。

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原文鏈接：
[color="Blue"]位於 coderoar.wordpress.com

allisfree

楼主用心了，顶

kevinlei

这事, 看wiki还是不靠谱, 谁有EE的datasheet能给看一眼就好了.

128位的SIMD指令并不能说明CPU就是128位的.

但是假如真如英文wiki所说, EE能把两个64位ALU聚合起来变成128位ALU来使用, 并且配合上128位通用寄存器和128位LOAD/STORE指令(这意味着EE可以处理128位地址, 而不是你说的64位), 那他是128位CPU就没啥争议了, custom instruction set应该不是全是SIMD指令吧.

不知道哪儿有更权威点儿的资料.

jarryson

佩服这样的仔细，学习了。。

coderoar

Post by kevinlei;2035568
这事, 看wiki还是不靠谱, 谁有EE的datasheet能给看一眼就好了.

128位的SIMD指令并不能说明CPU就是128位的.

但是假如真如英文wiki所说, EE能把两个64位ALU聚合起来变成128位ALU来使用, 并且配合上128位通用寄存器和128位LOAD/STORE指令(这意味着EE可以处理128位地址, 而不是你说的64位), 那他是128位CPU就没啥争议了, custom instruction set应该不是全是SIMD指令吧.

不知道哪儿有更权威点儿的资料.

嗯，這個ALU的確有待考證。

看着個PDF，來自維基里的引用部分，裡面講的很詳細。
Diefendorff, Keith. "[color="Blue"]Sony's Emotionally Charged Chip", Microprocessor Report, Volume 13, Number 5, 19 April 1999. Microdesign Resources.