无需许可x86 ISA，AMD64 ISA可以工作吗？

问题描述

我知道AMD64又名。 x86-64是AMD自己的专有技术，可以得到第三方的许可，而第三方可以这样做，例如Intel，VIA等。

我也知道AMD64 ISA的“大事”是它扩展了 x86 ISA，因此兼容性是优于Intel IA-64的根本优势。

但是（我的问题现在就来了；））由于AMD64依赖于基本的x86指令集，这是否意味着如果AMD无法获得Intel的许可，那么AMD64只是x86的扩展而没有是x86指令集本身，还是AMD64“重新实现/重新定义”了整个x86 ISA，从而在这方面不需要x86许可证？（我想AMD授予x86许可不只是与AMD64拥有完整的ISA，因此，这个问题只是一种“假设条件”，以便让我更好地了解AMD64如何依赖或摆脱x86。）

如果制造商只想使用AMD64 ISA来制造CPU，是否可以制造在其上运行的OS？它会涉及x86指令集吗？还是没有x86就无法定义AMD64，所以有一堆不属于AMD64的基本指令，因此没有它们，CPU根本无法工作？

解决方法

与AArch64和ARM 32位不同，它甚至不是单独的机器代码格式。我认为您很难证明x86-64与x86是分开的，即使您省略了“传统模式”（即，能够像仅32位CPU一样工作，直到/除非启用64）位模式）。

x86-64的64位模式使用相同的操作码和指令格式（大多只是一个新的前缀REX）。 https://wiki.osdev.org/X86-64_Instruction_Encoding。我怀疑有人会争辩说它与x86或与专利所要求的标准有本质区别。 （尽管有关该专利的专利可能要很长一段时间，如果它们是8086的专利。）

特别是考虑到长模式包含32/16位“ compat”子模式（https://en.wikipedia.org/wiki/X86-64#Operating_modes），并使用Intel现有的PAE页表格式。

但是请注意，英特尔和AMD之间的许多专利共享内容都是用于实现技术的，例如处理“推/弹出/调用/返回”的“修改堆栈指针”部分的“堆栈引擎”，使其解码为1 uop，并避免通过RSP产生延迟链。或IT-TAGE分支预测（英特尔Haswell，AMD Zen 2）。也许是整个解码到uops的概念，这是Intel在1995年首次使用P6（Pentium Pro）进行的。

大概还有ISA扩展（例如SSE4.1和AVX）的专利，这些专利对于大多数用途而言，如果没有CPU，就没有吸引力。 （SSE2是x86-64的基线，因此您需要它。同样，指令和机器代码格式与32位模式相同。）

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顺便说一句，您必须发明一种引导方式，以长模式启动，该模式要求启用分页。因此，也许使用某些地址范围的直接映射启动？或者发明一种新的长模式子模式，该子模式允许直接使用物理地址来禁用分页。

固件可以处理此问题并通过64位UEFI引导，只要它们从未退出长模式，就可能允许64位OS未经修改地运行。

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请注意，AMD在设计AMD64时，有意使x86的可变长度难于解码的机器代码格式尽可能保持不变，并进行尽可能少的其他更改。

这意味着CPU硬件不需要单独的解码器或执行单元中的单独处理即可在64位模式下运行。 AMD不确定AMD64是否会流行，并且大概不想在几乎没有人要利用它的情况下被困住，需要大量额外的晶体管来实现64位模式。

（哪怕是第一代K8芯片在实践中也确实是这样;那是64位Windows普及多年了，而运行仍在不断发展的amd64发行版端口的GNU / Linux用户只是市场的一小部分早在2003年。）

不幸的是，这意味着与AArch64不同，AMD64错过了清理x86轻微疣的机会（例如提供setcc r/m32而不是麻烦的setcc r/m8是我最喜欢的示例， 64位模式下操作码的语义与16和32的对比。）

我明白为什么他们不想完全重新设计机器码格式，而需要一种全新的解码方法；以及成本高昂的芯片，这将迫使工具链软件（汇编器/反汇编器）进行更多更改，而不是对现有工具进行较小的更改。这将稍微增加采用x86扩展的障碍，这对于他们击败IA-64至关重要。

（IA-64当时是Intel的64位ISA，其语义与x86完全不同，因此甚至无法共享很多后端。大多数情况下都可以重新设计机器代码关于指令的语义与x86相同，请参见Could a processor be made that supports multiple ISAs? (ex: ARM + x86)：有关ISA的基本相同，例如不同的机器代码格式，单独的前端可以为通用后端提供服务对于大多数相同的语义。）