Theorie: Intel EM64T, SpeedStep und XD-Bit


Erschienen: 20.02.2005, Autor: Pascal Heller
Extended Memory 64 Technologie

Mit der Extended Memory 64 Technologie, oder kurz EM64T, setzt Intel erstmals auch im Desktop Segment 64 Bit fähige Prozessoren ein. Allerdings kommt hierbei nicht die eigenst entwickelte IA-64 Architektur, die schon länger in den Itanium Prozessoren vorangetrieben wird, zum Einsatz, sondern eine neue Architektur. Grund hierfür ist schlicht und einfach das Konzept und die Ausrichtung, die man mit der EPIC und damit auch mit der IA-64 Architektur des Itanium eingegangen ist. Ebenso wäre der Einsatz von IA-64 basierend auf dem Itanium schlicht zu kostenintensiv und unrentabel für den Desktopsektor und seinen Anwendungsbereich. Des Weiteren ist der Itanium eigentlich ein 64 Bit Prozessor für Bereiche wo nur 64-Bit zum Einsatz kommt. Hier kann die Architektur mit ihrer Schnelligkeit punkten, unter 32-Bit Anwendungen wird allerdings nicht das volle Potenzial ausgeschöpft.

Somit besann man sich bei Intel hinsichtlich dieser Tatsachen und der genannten Schwierigkeiten auf die von Konkurrent AMD entwickelte 64 Bit Technologie.

EM64T gleicht der AMD64-Architektur in großen Teilen ohne eine direkte Kopie zu sein, so hat auch ein Pentium 4 mit Extended Memory 64 Technologie 16 Integer Register (General Purpose Register kurz GPR) und 16 XMM Register (Register der SSE Befehlserweiterungen). Die GPR und XMM Register sind 64 und 128 Bit breit. Im Gegenzug dazu besitzt ein Pentium 4 ohne EM64T nur 8 GPR und 8 XMM Register, die jeweils 32 und 128 Bit breit sind. Die zusätzlichen Register der Extended Memory 64 Technologie werden nur von Anwendungen benutzt die in 64 Bit betrieben werden. In 32 Bit werden jeweils nur 8 Register der 16 angesprochen, dann auch nur mit einer Registerbreite von 32 Bit indem die höheren Bits (sprich die oberen 32 Bit) alle auf 0 gesetzt werden.

Was den meisten schon aus unserem Artikel über die Athlon 64 Architektur und 64 Bit im Detail bekannt sein dürfte, sind die 3 verschiedenen Zustände in der sich der Prozessor befinden kann: Wird ein 32 Bit Betriebssystem genutzt und natürlich analog dazu 32 Bit Anwendungen, so befindet sich die CPU im Legacy Modus. Damit arbeitet der Prozessor wie gehabt mit 32 Bit. Liegt ein 64 Bit Betriebsystem vor, allerdings nur 32 Bit Anwendungen, so läuft der Prozessor im Compatibility Modus (Kompatibilitätsmodus). Hierzu müssen alle 64 Bit Treiber installiert sein um es dem Betriebsystem zu ermöglichen die 64 Bit Erweiterungen zu erkennen, die Anwendungen erkennt diese allerdings nicht. Dadurch muss das alte 32 Bit Programm nicht neu compiliert werden. Ob dadurch dann allerdings ein Leistungsvorteil entsteht ist fraglich. Der dritte Zustand setzt ein 64 Bit Betriebssystem und ein 64 Bit Programm voraus und nennt sich ganz einfach 64 Bit Modus. Nötig sind dazu 64 Bit Treiber und Programme die auf 64 Bit umgeschrieben und neu kompiliert worden sind. Ohne Frage, ist nur dadurch der volle Vorteil der neuen Erweiterung aus dem System zu holen.

Die drei Zustände nochmals kurz zusammengefasst:
  • 32 Bit Betriebsystem + 32 Bit Programme (Legacy Modus): Handhabung wie ohne mit bisherigen 32 Bit Prozessoren, allerdings ohne Leistungssteigerung
  • 64 Bit Betriebsystem + 32 Bit Programme (Compatibility Modus): Betriebsystem erkennt 64 Bit Erweiterung (Voraussetzung sind 64 Bit Treiber). Die Programme erkennen die 64 Bit Ebene nicht, müssen daher nicht neu kompiliert oder umgeschrieben werden, allerdings ist auch ein Leistungsgewinn fraglich.
  • 64 bit Betriebsystem + 64 Bit Programme (64-bit Modus): Benötigt 64 Bit Treiber und 64 Bit Programme die zusätzlich auf 64 Bit geschrieben bzw. neu kompiliert wurden.
Intel liefert den Pentium 4 mit Extended Memory 64 Technolgie mit einer Adressbusbreite von 36 Bit aus. Wieso das denn? werden sich viele Fragen. Nun ja die Erklärung ist einfach: Eine volle 64 Bit Speicheradressierung ist zurzeit nicht notwendig, da der damit theoretisch adressierbare Speicherbereich bei astronomischen 2^64 Byte liegen würde. Konkurrent AMD setzt auf 48 Bit Speicheradressen, stellt allerdings nur 40 Pins zur Verfügung, womit der nutzbare Speicherbereich bei 2^40 Byte, also rund 1 TByte liegt. Mit 36 Bit breitem Speicheradressbus lassen sich hingegen lediglich 64 GByte adressieren. Laut Intel genug um die nächsten Jahre zu überbrücken, womit man sicherlich nicht falsch liegt, denn ein Speicherausbau auf 64 GByte dürfte auch in 2 Jahren noch nicht erreicht sein.


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