x86S,Intel 的新架构,消除了 16 位和 32 位的遗留概念

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几天前,有消息称英特尔推出了一种简化的 x86S 处理器架构(x86 简化),该架构仅实现 64 位模式,不支持旧概念。

英特尔的这款全新 x86S 架构取消了对 16 位和 32 位操作系统的支持,但据说可以通过虚拟化运行,因此在 64 位操作系统环境下运行 32 位应用程序的能力将得以保留。

英特尔® 架构的长寿命造就了一个丰富的软件生态系统,拥有庞大的安装基础,从 PC 到云,再到移动设备,从嵌入式设备到超级计算机等等。

自 20 多年前推出以来,英特尔® 64 位架构已成为主导的运行模式。 作为这种演变的一个例子,微软停止发售其 32 位版本的 Windows 11 操作系统,英特尔的固件不再原生支持非 UEFI64 操作系统。 64 位操作系统是当今事实上的标准。 它们保留了运行 32 位应用程序的能力,但已停止原生支持 16 位应用程序。

采用新架构的处理器将直接以 64 位模式启动,无需在初始化过程中经历 16 位和 32 位模式的中间切换。x86S 还实现了直接切换到 5 级内存页表结构的功能,无需先禁用分页机制,也无需跳过向无页模式的转换。

Intel 64 架构设计以与原始 8086 相同的状态重新启动,需要一系列代码转换才能进入 64 位模式。 一旦运行,这些模式就不会被现代应用程序或操作系统使用。

纯 64 位模式架构需要 64 位版本的技术,这些技术目前以实模式或保护模式运行。

x86S架构的诸多特点中,以下几个特点尤为突出:

  • 结束对 16 位寻址的支持和重新定义地址大小的能力。
  • 使用简化的 64 位内存段寻址模型来支持 32 位应用程序中的段寻址,这与现代操作系统中使用的做法一致。
  • 放弃对现代软件中未使用的 1 和 2 保护环的支持。
  • 在环零防护中结束对 32 位模式的支持。
  • 移除 16 位和 32 位保护模式。
  • 终止支持从第三个保护环访问 I/O 端口。
  • 结束对输入/输出端口 (INS/OUTS) 字符串操作的支持
  • 结束对 8259 中断控制器的支持并仅使用 X2APIC 可编程控制器。
  • 删除一些未使用的操作系统模式位。

值得注意的是,对于英特尔而言,维持这种过时的硬件要求可能会严重影响设备的微架构和设计。例如,如果改进启动和代码执行性能会影响向后兼容性,那么这些改进就无法实现。

另一点是,需要向下兼容的设备必须为旧硬件预留空间,而这些空间本可以更好地用于新型硬件加速器和运行时系统。此外,向下兼容的使用很可能对现代设计中使用的硬件产生更广泛的影响。

此外,还提到保持与以前版本的兼容性也会导致安全漏洞在新设计中持续存在。 在引导过程中尤其如此,遗留系统可能不使用强大的安全措施,允许任何恶意代码运行。

最后,报告指出,此次过渡不会完全停止对旧版操作系统的支持。正如该公司在一份文件中所述,英特尔已经发展出成熟的虚拟化技术,可以确保旧版软件仍然能够启动。

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