64-bit: perché?
Il bit è l'"unità atomica" usata in campo digitale; esso è legato completamente ad una aritmetica binaria perché può assumere due soli stati: "0" oppure "1". Le possibili combinazioni che vengono fuori da queste affermazioni sono 2 ^ n con n che rappresenta il numero di bit disponibili. Ad esempio se si hanno a disposizione 2 soli bit le combinazioni sono 4 (00, 01, 10, 11), con 3 biti sono 8 e così via.

Se qualcuno di voi si è mai chiesto perché le attuali CPU possono indirizzare fino ad un massimo di 4GB di memoria RAM, la risposta sta proprio nei 32-bit: 2 ^ 32 fa proprio 4.294.967.296 Bytes = 4GB. Questo vuol dire che una CPU è in grado di distinguere fino a 2 ^ 32 indirizzi di memoria diversi ed essendo la memoria organizzata a Bytes ecco che una CPU a 32-bit non può indirizzare più di 2 ^ 32 Bytes diversi. Questo limite di 4GB, oggi, pare essere abbastanza stringente e questo è uno dei motivi per cui si sta cercando di far evolvere le CPU a 32-bit verso quelle a 64-bit. Ma limitare le motivazioni solo a quelle relative agli indirizzamenti di memoria è molto restrittivo: nel prosieguo dell'articolo cercheremo di mettere a nudo tutte le diverse possibilità offerte da questa nuova visione di AMD.

x86-64 e x86-32
La nuova architettura x86-64 è l'architettura a 64-bit di AMD sviluppata per la famiglia di processori Hammer ed è intesa come l'estensione dell'attuale x86-32: grazie a questo concetto le nuove CPU AMD sono in grado di svolgere compiti sia con applicazioni a 32-bit che a 64-bit. Di nuovo ritorna l'attenzione di AMD rivolta alla compatibilità all'indietro delle sue soluzioni onde rendere tutte le transizioni le più dolci possibili. A differenza di Intel (diversi Socket contemporaneamente, memorie Rambus e IA64 docet) AMD è sempre rimasta fedele alle precedenti tecnologie con notevoli vantaggi per le tasche e per le abitudini degli utenti.

A detta di AMD le applicazioni a 32-bit che gireranno sui suoi processori a 64-bit non avranno alcun problema sia per compatibilità che per prestazioni a differenza di quanto accade con le CPU Intel Itanium dove le istruzioni x86-32 vengono emulate. Così non si ha la necessità di aspettare finché gli sviluppatori ricompilino i loro prodotti per poter cominciare ad usare i nuovi sistemi AMD ma, al contrario, i nuovi processori AMD offrono tutti i vantaggi dei propri antenati oltre a nuove possibilità extra che potranno essere utilizzate in seguito.

L'approccio di AMD per realizzare la sua architettura a 64-bit è davvero semplice: sono stati aggiunti nuovi registri e quelli esistenti sono stati estesi:

AMD ha inserito 8 nuovi registri nelle unità SSE ed SSE2 intesi non tanto per la gestione dei 64-bit ma come aggiunta per aumentare le prestazioni nelle applicazioni che richiedono calcoli pesanti. Nel set di General Purpose Register (registri di uso generico) troviamo l'estensione degli 8 già esistenti per il supporto a 64-bit più altri 8 registri R8 - R15. L'estensione dei registri per supportare la modalità a 64-bit è la stessa che si è verificata nel passaggio dall'architettura a 16-bit i286 a quella a 32-bit i386 oltre 15 anni fa.

Per abilitare il supporto delle applicazioni e del codice a 32-bit e 64-bit l'architettura x86-64 permette al processore di lavorare nelle seguenti modalità:

• Long Mode
  • 64-bit
  • Compatibility mode
• Legacy Mode

Vediamo quali sono i requisiti e le peculiarità di ogni modalità di utilizzo dei processori AMD x86-64:

• Modalità 64-bit
  • Sistema operativo a 64-bit;
  • Indirizzi virtuali a 64-bit;
  • 8 nuovi registri general-purpose a 64-bit ed estensione di quelli esistenti a 64-bit;
  • Puntatore istruzioni a 64-bit;
  • Lunghezza operandi a 32-bit;
  • Nuovo metodo di indirizzamento dati di tipo "Relative Instruction Pointer" (RIP);
  • Spazio degli indirizzi continuo con singolo spazio per le istruzioni, i dati e lo stack istruzioni;
  • Necessità di ricompilare le applicazioni.
• Compatibility mode
  • Sistema operativo a 64-bit;
  • Indirizzi virtuali a 64-bit;
  • Lunghezza operandi a 32-bit;
  • Nessun registro aggiuntivo;
  • GPR a 32-bit;
  • Compatibilità binaria per le applicazioni esistenti a 16- e 32-bit con sistemi operativi a 64-bit;
  • Implementazione in accordo con la politica di segmenti di codice separati;
  • L'applicazione attiva vede la CPU come una normale CPU x86 in modalità protected;
  • Il sistema operativo lavora con interrupts, exceptions e system data structure come nella modalità a 64-bit Long Mode;
  • Non è necessaria la ricompilazione delle applicazioni.
• Legacy mode
  • Sistema operativo a 32- o 64-bit;
  • Indirizzi virtuali a 32- e 16-bit;
  • Lunghezza operandi a 32- e 16-bit;
  • Nessun registro aggiuntivo;
  • GPR a 32-bit;
  • Compatibilità binaria con sistemi operativi a 16- e 32-bit;
  • Il processore funziona esattamente come una ordinaria CPU a x86 a 32-bit;
  • Piena compatibilità con tutte le attuali architetture x86;
  • Supporto per la tecnica segmented memory, GPR e Instruction Pointer a 32-bit;
  • Non è necessaria la ricompilazione delle applicazioni.

Da quanto detto è facile intuire che i processori AMD Opteron, ma quelli con architettura AMD x86-64 in generale, verrebbero sfruttati a dovere solo nella modalità 64-bit Long mode con sistemi operativi a 64-bit.