微軟64位元應用現況

64位元運算時至今日已經發展一段時間，在高階運算應用上，先前有惠普Alpha和 PA-RISC、英特爾Itanium、IBM Power4、昇陽UnltraSPARC。超微在2003年發表Opteron處理器，加入64位元家族行列，英特爾隨後在2004年春季IDF正式公布x86指令集的64位元延伸架構IA-32e處理器。這場英特爾與超微的64位元處理器競賽，預計將會改變高效能運算（High-Performance Computing，HPC）的高階伺服器市場，預計也會影響桌上電腦的處理器版圖。

我們從恆逸資訊舉辦的「高效能的運算系統-Windows Server 2003 64 位元與SQL Server 2000 64位元」訓練課程，取得許多微軟64位元的現況，由恆逸資訊教育訓練處的資深講師許俊龍和胡百敬說明，英特爾也派員說明IA-32 EL的32位元應用程式加速工具，以及64位元延伸架構IA-32e。微軟為什麼需要64位元

微軟一直想要踏入高效能運算，因為現有的Windows作業系統會受限於32位元架構下處理器與記憶體的限制，即使是採用虛擬記憶體的方式，最多只能定址到4GB，而多處理器支援到32顆。

為了讓32位元Windows能夠突破4GB限制，現在Windows 2000/XP/Server 2003的特定版本，可以搭配實體位址延伸（Physical Address Extension，PAE）的規格和企業記憶體結構（Enterprise Memory Architecture），突破記憶體先天的障礙。

英特爾IA-32系列的處理器，提供2種存取4GB以上記憶體的方法，一種是記憶體分頁擴充（Page Size Extensions，PSE）模式，另一種則是PAE模式。假如採用PSE模式，而資料讀寫的緩衝區複製作業超過4GB，就會發生效能受限的狀況。

微軟在PAE規格內訂定了AWE（Address Windowing Extensions）的API，使軟體開發者能夠在本身的4GB定址空間內，利用PAE對應到更大的實體記憶體，存取的記憶體可達到64GB。

Windows 2000時，雖然已經找到超大記憶體定址的解決方法，但是超過4GB的資料大量處理時，實體記憶體與虛擬記憶體之間還是要不停的轉換、對應，仍然會增加額外的處理負擔，也會影響系統整體效能，無法完全根治大量記憶體的支援問題。使用者只有移轉到64位元的環境，才能徹底打通4GB的障礙。

32位元可以定址的記憶體上限是2的32次方位元組，也就是4GB，64位元理論上可以定址到2的64次方位元組，約等於16 EB，相當於160億GB的記憶體容量。Windows Server 2003 64位元版記憶體定址設計成支援16TB的容量，而Windows Server 2003 Datacenter 64位元版的記憶體，目前可以支援到512GB。1EB等於10億GB，1TB等於1024GB，我們可以自行換算，比較上述各種記憶體容量。64位元Windows的應用範圍

微軟認為，企業選擇32位元或64位元的應用程式架構，可以從處理器負載、使用者數量、叢集節點大小、資料集的規模、以及記憶體需要的容量和頻寬加以考量。雙處理器以內的前端應用，適合繼續使用32位元的Windows環境，例如目錄服務、網路名稱系統、防火牆、安全控管、網站、電子郵件、檔案分享、列印服務等網路基礎建設，假如需要進階處理。假如屬於中間資料層與後端交易處理，需要用到4顆處理器以上，適合改往64位元環境發展，包括應用程式伺服器、客戶關係管理、供應鏈管理、企業資源規畫、商業智慧，以及處理器與記憶體密集運算的大型資料處理，如線上交易處理（OLTP）資料庫與各種資訊系統的後端資料庫。

最立即需要且可以發揮64位元運算效能的應用，企業資料庫當仁不讓。目前64位元Windows Itanium 平臺已經可以執行SQL Server 2000、IBM DB2 UDB 8.1、Oracle 9i 9.2.0.2，以及MySQL 4.1等產品；商業應用程式可以支援WebLogic 8.1、PeopleSoft EPM、SAS 9.0、SAP R/3 Enterprise 4.7、NetIQ App Manager等；系統與安全管理工具方面，有 CA eTrust 7.1、Symantec AntiVirus CE 8.1和McAfee VirusScan 7 Enterprise Edition等防毒軟體、BMC Patrol、HP OpenView等網路管理軟體。微軟64位元作業系統發展史

1998年1月，微軟開始發展IA64相關的SDK、驅動程式套件（Device Driver Kit，DDK）和模擬器，200年2月，微軟開發出IA64的作業系統原型，提供給ISV、IHV和OEM廠商使用。2001年七月微軟發表Windows Advanced Server Limited Edition 1.0，支援早期的Itanium處理器，同年8月隨32位元的Windows XP出貨同時，發表支援Itanium處理器的Windows XP 64-Bit Edition Version 2002。2002年七月Windows Advanced Server Limited Edition 1.2開始支援Itanium 2。2003年Windows Server 2003發表同時，也公開Itanium 系統的Windows XP 64-Bit Edition Version 2003。

微軟在Windows Server 2003 SP1，將會提供64位元環境更完整的支援，包括代號為Longhorn的Windows Server作業系統，以及Windows XP 64位元版。Windows 2000 Advanced Server Limited Edition雖然也具備64位元支援，但是微軟不會發行後續版本。

微軟在64位元應用程式環境提出新的技術標準，稱為WOW64（Windows on Windows 64），利用模擬層裡面的Windows環境整合64位元和32位元應用程式。目前Windows XP 64 位元版本已經內建WOW64，Windows Server 2003 SP1預計也會提供。微軟的開發工具Visual Studio .NET 2003的下一個版本代號Whidbey，將會有支援64位元，除了提供64位元版本Whidbey，32位元的Whidbey將具備WOW64的執行能力。

WOW64支援AMD64和IA64系列的處理器系統。WOW64已經包含英特爾IA-32執行層（Execution Layer，EL）。IA-32 EL讓IA64系列的處理器，能夠執行32位元應用程式，IA-32 EL也可以提高使用純Itanium架構環境的效能。英特爾表示，IA-32 EL可望能夠將原有效能增加五成到七成。文⊙李宗翰與PAE對看－DOS的記憶體管理

PAE的出現，是為了解決更大量記憶體定址的問題。然而和過去DOS的記憶體管理對照，做法相當接近。由於設計限制以及向下相容的考慮，DOS不管怎樣努力，只能存取記憶體近端的1MB，真正用來處理資料的部分，甚至只有640kB，因此過去的IT開發人員紛紛想出不同的辦法來解決這種問題，最有名的莫過於擴展記憶體系統（Expanded Memory System，EMS）和延伸記憶體規格（eXtended Memory Specification，XMS）。

擴展記憶體系統早期設計在主機板，在MS-DOS可定址的 1024kB內，開啟一個 64kB 的頁框（page frame），利用這個空間，來存取整個 EMS 的記憶體，後來這種記憶體管理可以軟體模擬，不再需要購買一塊擴展記憶體介面卡，支援 EMS 的應用程式就可以使用更多的記憶體。MS-DOS 5/6當時就內附EMM386.EXE的EMS記憶體管理程式。

延伸記憶體是指1024 KB以後的記憶體。傳統記憶體能夠直接執行程式，而延伸記憶體則是用在支援XMS的應用程式上，例如MS-Windows 3.x。MS-DOS 6的HIMEM.SYS可以產生XMS記憶體，應用程式可以用中斷的方式取得 大於1MB的記憶體。文⊙李宗翰