根据wiki x86-64支持16位，32位和64位程序。在运行代码的意义上，它是否比其他更好地支持一个？有人（可能是我的屁股上冒烟）告诉我Operteron CPU是第一个运行64位但仍然是32位原生的。
在这种背景下成为“本土”意味着什么？我在维基百科上注意到它说64位是x86的扩展，那么它有什么影响呢？
答案 0 :(得分：5)
x86-64能够在基本相同的单位时间内执行多种操作数宽度的指令，因此具有64位操作数的指令通常不会比其他宽度更快或更慢。 （某些较小宽度的指令实际上可能因部分寄存器写入停顿而减慢）。
但是64位指令更高效 ，因为每单位时间处理更多数据位。 （对于整数操作数，我想知道这在实践中是多么有效：大多数只是普通整数都非常小并且处理全零或全1的前56位并不能真正增加价值，而只是增加了热量）。
x86-64还为汇编编码器和编译器提供了额外的8个整数寄存器，这有助于复杂的循环避免溢出到内存，从而使某些程序实际上更快。
X86-64运行带有64位操作数的指令，x86-32根本无法做到，因此存在真正的质量差异。这允许处理更大的单个值，并且可能是64位系统的主要优点，更大的数据集而没有复杂的地址空间管理。从技术上讲，X86-64可以运行更大的程序，但实际上没有人编写足够大的单个程序来解决这个问题。
关于“native”：我怀疑你的“某人”说“以32位为原生”只意味着它将运行32位指令而没有任何有效的惩罚，除了操作数的大小。
我怀疑皓龙是第一个这样做的。 （几乎没有人声称自己是第一位的;首先考虑克里斯托弗·哥伦布）。大型机人员（例如，IBM）在很长一段时间内从32位转换为64位，允许32位和64位指令形式在同一CPU上“本地”运行，只需更改PSW中的一位。 Opterons可能是第一个在英特尔指令集空间中执行此操作的人。
答案 1 :(得分：3)
哎呀，我误解了这个问题。我正在回答＆＃34;在64位模式下，哪种操作大小最有效＆＃34;。请参阅下面的答案。 ＆GT;。＆LT;
如果CPU支持它，那么没有任何CPU不值得使用64位模式。 Atom / Silvermont可能处于边缘，因为当指令需要太多的前缀字节时它们可以减速，并且REX计数。 （所以必要的前缀字节实际上是SSE指令操作码的一部分。）据我所知，64位仍然是他们的净胜利，但可能没有那么大的胜利。
低内存系统有时可以在32位操作系统上比64位操作系统更好。其中一些是64位操作系统仍然需要32位库的副本，因此它们可以运行32位或64位程序。 Windows特别倾向于同时运行32位和64位进程，因此许多库的两个版本实际上将同时存在于内存中，而不仅仅是在磁盘上。我还没有看到Linux或Windows在32到64位的情况下在裸机桌面上使用更多内存的情况更糟糕，但至少Linux桌面没有任何32位进程可以使用＃32; t共享其他所有使用的32位库。对于SO来说，这段话很偏僻，对不起。
在实践中，32位模式背负着更糟糕的ABI，并且不能假设SSE2为基线，因此这些因素与32位代码相反。
即使理想的AVX2支持的x86-32代码中的理想ABI也会受到寄存器稀缺性的限制（7个通用寄存器不包括堆栈指针，只有8个向量寄存器）。 64位模式具有15GP和16个向量寄存器，新的RIP相对寻址模式主要消除了制作位置无关（库）代码的开销。额外的注册和更好的ABI通常被引用为约15％的性能。
这些因素特别适用于x86-32与x86-64，而不是32对64位（如PowerPC或SPARC：在那些系统上它对于简单程序（如ls）来说很常见）是32位）。只有那些可能需要超过4GiB地址空间的程序才能从64位受益，并且需要使用两倍大的指针。 64位ARM比32位ARM有一些设计改进，但AFAIK几乎没有x86从AMD64获得的飞跃。
换句话说：x86-64的好处主要不在于将每个寄存器扩展到64b，它是其他架构改进以及有多年向后兼容性的部分突破的机会（特别是在软件标准方面.Insn集的改进可能会更好，但AMD概率想要尽可能地使解码共享晶体管。他们可能已经弃用了更多无用的指令并增加了新指令。{{1}会非常好，并且本来可以使用两个被删除的BCD操作码。setcc r/m32也很整齐。每个操作码都有两个操作，并且在mod / rm字节中加上一个3比特字段，给出编码所有16 cc条件所需的4位。重新定义移位指令以始终写入标志，而不是根据移位计数有条件地不改变标志，这将使它们更便宜，但是再次需要更多的晶体管，因为32位模式仍然需要要快，所以它没有一个干净的地方打破了x86 ISA的难题，但这并不是现代芯片高性能的主要障碍。）
Linux x32 ABI试图提供现代ABI和64位模式的加速，而不需要64位指针的负担。在具有指针重的数据结构的代码中，这是一个巨大的胜利。 （请注意，即使RAM很便宜，缓存也不是，因此较小的数据结构很重要。）
64位模式（包括x32）允许使用64位整数进行更高效的复制和计算。 任何适用于文件大小的东西都需要64位数学。很多东西现在都使用64位数字，因为他们已经足够大了，并且每个人都有效地支持他们＃34;尺寸。甚至在32位模式真的过时之前，文件大小必须是64位，但现在64位时间值正在取代自纪元以来的32位秒，以及类似的东西。 （我们必须在2038年之前完成这项工作，以避免32位环绕）。
16位模式对实际中的任何事情都没有用，但据我所知，现代CPU在16位模式下仍然全速运行。您更有可能在16位代码中遇到部分寄存器停顿，因为它经常使用字节寄存器。 386的16位代码有时也使用32位寄存器，产生更多的停顿（对于大于8b的immediates，可能会有长度变化的前缀）。
在CPU上本机运行的16位实模式不能使用分页，因此您永远不会有TLB未命中。 （在正常的32位操作系统下，在虚拟8086模式或16位保护模式下运行16位代码将启用分页。甚至在虚拟机内部以实模式运行。）
您也可以在32位保护模式下禁用分页，因此这不是真正 16位代码的优势。但64位长模式要求启用分页。你可以使用一些1GB大页面映射所有内存，这样你就可以获得很少的TLB失误。
虚拟内存/内存保护并不是大多数人，特别是开发人员想要做的事情！同样，这对于16位代码来说并不是一个实际的优势。
上一个答案：哪个操作数大小效率最高
32位操作数大小是64位代码中最快的。使用32位变量具有代码大小优势（除非需要额外的insn来将数组索引符号扩展到64位，因此它们可以用于指针寻址模式）。 64位也便宜，但16b和8b。可能会变得丑陋，而且比代码大小差异更糟糕。
相同的操作码用于16,32和64位操作数大小，操作数大小为cmovcc r, imm32前缀，无前缀或0x66前缀及其W字段集（aka {{ 1}}）。 8位insn具有单独的操作码，因此它们具有相同的代码大小优势。
除此之外，通常所有操作数大小的选择都会解码为相同数量的uop（大多数insn为1），具有相同的延迟和吞吐量。分部是主要的例外。 64位整数除法（128b / 64b - > 64b）即使在当前的CPU（尤其是Intel＆＃39; s）上也较慢。乘法也因不同的操作数大小而异，尤其是。单操作数N * N-> 2N位形式。例如Skylake：
REX：1 uop，3c延迟（只有一个输出寄存器：AX = AL * src）REX.W：4次uops，4c延迟。mul r8：3次uops，4c延迟。mul r16：2次uops，3c延迟。 1操作数mul r32的结果进入[E / R] DX：[E / R] AX，所以乘法器的输出可能需要额外的uop来分割将64位输出的两半分为两个寄存器。当16位时，即使mul r64的2和3操作数形式也是额外的uop。
如果你在Agner Fog的指令表中搜索（搜索＆＃34; r32＆＃34;或＆＃34; r64＆＃34;），你会发现其他事情的例子。一个操作数大小更快。例如在Silvermont：mul是1uop，2c延迟。在16和64位操作数大小时，它是10uops，延迟为10c。这是一个非常极端的情况，并表明他们只是在32b的顶部进行了接线。 （或者其他什么，我不是硬件设计师！）
一些早期支持64位的CPU在64位模式下有一些限制。例如Core2（英特尔的64位P6系列设计）只能在32位模式下进行宏熔丝比较和分支。无论操作数大小如何，这都适用，并且取决于模式。
64位模式真的＆＃34;用螺栓固定在＆＃34;在p4中，where shl r32, imm is 1c latency, but shl r64, imm is 7c latency：甚至一些简单的执行单元也不是32b。 IIRC，这对K8 Opteron来说不是问题。 64位CPU本身也运行32位代码，即使操作系统是64b（不像IA-64，它有慢速ia32硬件或纯仿真）。可能你听到的是那个乱码的三手版本。虽然正如Paul Clayton所指出的那样，早期Itanics上的慢速x86硬件类似于＆＃34; native＆＃34;。
8位和16位操作数大小往往会在Intel CPU（pre IvB）上产生部分寄存器停顿。写入8b或16b寄存器并不清除高位，因此依赖于完整寄存器的先前内容。有些CPU只是让这些insn等待完整的reg准备就绪。当16位代码仍然相关时（PPro was released in Nov 1995）设计了英特尔P6，所以在此之前设计明显开始。我认为即使Win95仍然有大量的16位代码。）这可能是英特尔P6（以及后来的SnB-）的原因。 family）在8和16b部分寄存器上注册重命名。在写入部分reg之后读取更宽的reg会导致停顿（或者只是插入合并的uop：SnB族）。或者在Haswell以及之后，根本没有任何惩罚：没有错误依赖的所有好处，但即使编写像imul r16, r/m16, imm8这样的注册然后阅读shld r32, r32, imm也没有任何惩罚。 （除了high8寄存器外，IvB没有处罚）。
这不是混合32位和64位的问题，因为对32b寄存器的任何写入都会将完整64b的高32归零。这很好地避免了错误依赖问题。 When you do need to merge 64b regs, you can just AND/OR, or use shld
ah）的16位指令也会导致解码停顿。操作数大小前缀会改变指令其余部分的长度（从eax到add ax, 1024），英特尔解码器也不会这样。