X86

　　x86架構于1978年推出的Intel 8086中央處理器中首度出現，它是從Intel 8008處理器中發(fā)展而來的，而8008則是發(fā)展自Intel 4004的。8086在三年后為IBM PC所選用，之后x86便成為了個人計算機的標準平臺，成為了歷來最成功的CPU架構。

　　其他公司也有制造x86架構的處理器，計有Cyrix（現為VIA所收購）、NEC集團、IBM、IDT以及Transmeta。Intel以外最成功的制造商為AMD，其早先產品Athlon系列處理器的市場份額僅次于Intel Pentium。

　　8086是16位處理器；直到1985年32位的80386的開發(fā)，這個架構都維持是16位。接著一系列的處理器表示了32位架構的細微改進，推出了數種的擴充，直到2003年AMD對于這個架構發(fā)展了64位的擴充，并命名為AMD64。后來Intel也推出了與之兼容的處理器，并命名為Intel 64。兩者一般被統(tǒng)稱為x86-64或x64，開創(chuàng)了x86的64位時代。

　　值得注意的是Intel早在1990年代就與HP合作提出了一種用在安騰系列處理器中的獨立的64位架構，這種架構被稱為IA-64。IA-64是一種嶄新的系統(tǒng)，和x86架構完全沒有相似性；不應該把它與x86-64或x64弄混。

　　x86架構是重要地可變指令長度的CISC（復雜指令集計算機，Complex Instruction Set Computer）。字組（word， 4字節(jié)）長度的存儲器訪問允許不對齊存儲器地址，字組是以低位字節(jié)在前的順序儲存在存儲器中。向前兼容性一直都是在x86架構的發(fā)展背后一股驅動力量（設計的需要決定了這項因素而常常導致批評，尤其是來自對手處理器的擁護者和理論界，他們對于一個被廣泛認為是是落后設計的架構的持續(xù)成功感到不解）。但在較新的微架構中，x86處理器會把x86指令轉換為更像RISC的微指令再予執(zhí)行，從而獲得可與RISC比擬的超標量性能，而仍然保持向前兼容。x86架構的處理器一共有四種執(zhí)行模式，分別是真實模式，保護模式，系統(tǒng)管理模式以及虛擬V86模式。

　　實時模式

　　Intel 8086和8088有14個16位寄存器。其中四個（AX， BX， CX， DX）是通用目的（盡管每個寄存器都有附加目的；舉個例子：只有CX可以被用來當作loop（循環(huán)）指令的計數器。）每個寄存器可以被當成兩個分開的字節(jié)訪問（因此BX的高位可以被當成BH，低位則可以當成BL）。除了這些寄存器，還有四個區(qū)段寄存器（CS、DS、SS、ES）。他們用來產生存儲器的絕對地址。還有兩個指針寄存器（SP是指向堆棧的底部，BP可以用來指向堆?；虼鎯ζ鞯钠渌胤剑?。兩個指針寄存器（SI和DI）可以用來指向數組的內部。最后，有標志寄存器（包含狀態(tài)標志比如進位、溢出、零標志，等等）。以及IP是用來指向目前運行指令的地址。

　　在實模式下，存儲器的訪問是被區(qū)段開來。為了得到最后20位的存儲器地址，要將區(qū)段的地址往左移動4位，并且加上偏移的地址。因此，實模式下總共可以尋址的空間是2字節(jié)，或者是1MB，于1979年是相當讓人印象深刻的象征。在實模式下有兩種尋址模式：near和far。在 far模式，區(qū)段跟偏移都需要被指定；在near模式，只需要偏移模式被指定，而存儲器區(qū)段是由適當的區(qū)段寄存器獲得。以數據而言是使用DS寄存器，代碼是CS寄存器，堆棧是SS寄存器。舉個例子，如果DS是A000h且SI是5677h，DS：SI會指向計憶體的絕對地址DS × 16 + SI = A5677h

　　在這種架構下，兩對不同的區(qū)段/偏移可以指向一個相同的絕對地址。因此如果DS是A111h且SI是4567h，DS：SI會指向跟上一段相同的A5677h。除了duplicity之外，這種架構無法同時一次擁有4個以上的區(qū)段。此外，CS、DS和SS是為了程序正確功能而必須的，因此僅僅只有ES可以被用來指向其它的地方。這種模式原本是為了與Intel 8085兼容，導致程序設計師永無止盡的痛苦。

　　除了以上所說的，8086也擁有8-bit的64K（另一種說法是16-bit的32K）輸入輸出（en：I/O）空間，以及一個由硬件支持的64K（一個區(qū)段）存儲器堆棧。只有words（2字節(jié)）可以被推入到堆棧中。堆棧是由存儲器的上端往下成長，他的底端是由SS：SP指向。有256個中斷（interrupts），可以由硬件或是軟件同時組成。中斷是可以串連在一起，使用堆棧來儲存返回被中斷的程序地址。

　　16位保護模式

　　Intel 80286可以在不改變任何東西下，支持8086的實模式16位軟件，然而它也支持額外的工作模式稱為保護模式，可以將可尋址的物理內存擴充到16MB，可尋址的虛擬內存最大到 1GB。這是使用節(jié)區(qū)寄存器來儲存在節(jié)區(qū)表格中的索引值。處理器中有兩個這樣的表格，分別為GDT和LDT，每一個可以儲存最多8192個節(jié)區(qū)的描述子，每一個節(jié)區(qū)可以給予最大到64KB的存儲器訪問。節(jié)區(qū)表格提供一個24位的基底地址（base address），可以用此基底地址增加想要的偏移量來創(chuàng)造出一個絕對地址。此外，每一個節(jié)區(qū)可以被賦予四種權限等級中的一種（稱為 “rings”）。

　　盡管這個推出的功能是一項進步，但是他們并沒有被廣泛地使用，因為保護模式的操作系統(tǒng)無法運行現有的實模式軟件。這樣的能力只有在隨后80386處理器的虛擬86模式中出現。

　　在同時，操作系統(tǒng)比如OS/2嘗試使用類似乒乓的方法，讓處理器在保護和實模式間切換。這樣都會讓計算機變慢且不安全，像是在實模式下的程序可以輕易地使計算機當機。OS/2也定義了限制性的程序設計規(guī)則允許“Family API”或“bound”程序可以在實模式或保護模式下運行。然而這是給原本為保護模式下設計的程序有關，反之則不然。保護模式程序并不支持節(jié)區(qū)選擇子和物理內存之間的關系。有時候會錯誤地相信在16位保護模式下運行實模式的程序，導致IBM必須選擇使用Intel保留給BIOS的中斷調用。事實上這類的程序使用任意的選擇子數值和使用在上面提到的“節(jié)區(qū)運算”的方式有關。

　　這個問題也在Windows 3.x上出現。這個推出版本想要在16位保護模式下運行程序，而先前的版本只能在實模式下運行。理論上，如果Windows 1.x或2.x程序是寫得“適當”且避免使用節(jié)區(qū)運算的方式，它就有可能在真實和保護模式兩者下運行。Windows程序一般來說都會避免節(jié)區(qū)運算，這是因為Windows實現出軟件的虛擬內存方式，及當程序不運行時候，搬移存儲器中的代碼和數據，所以操作絕對地址的方式是很危險的；當程序不運行時，被認為要保持存儲器區(qū)塊的“handles”，這樣的handles已經非常相當于保護模式的選擇子。在保護模式下的Windows 3.0運行一個舊的程序，會觸發(fā)一個警告對話盒，建議在實模式下運行Windows（推測還是仍然可以使用擴充存儲器，可能是在80386機器用EMM386模擬，因此它并不被局限于640KB）或是從廠商那更新到新的版本。好的行為之程序可能可以使用特別的工具來避免這樣的對話盒。不可能有些GUI程序在16位保護模式下運行，且其它GUI程序在實模式運行，可能是因為這會需要兩個分開的環(huán)境且會依于前面所提到的處理器在兩個模式間的乒乓效應。從Windows 3.1版開始，實模式就消失了。

　　32位保護模式

　　Intel 80386推出后，也許是到目前為止x86架構的最大躍進。除了需要值得注意的Intel 80386SX是32位架構但僅只有24位尋址（和16位數據總線）。除此之外其他架構都是32位 - 所有的寄存器、指令集、輸出輸入空間和存儲器尋址。為了能夠在后者所說的功能工作，要使用32位擴充的保護模式。然而不像286，386所有的區(qū)段可以使用32位的偏移量，即使存儲器空間有使用區(qū)段，但也允許應用程序訪問超過4GB空間而不需要區(qū)段的分隔。此外，32位保護模式提供分頁的支持，是一種讓虛擬內存得以實現的機制。

　　沒有新的通用寄存器被加入。所有16位的寄存器除了區(qū)段寄存器外都擴充為32位。Intel在寄存器的助記符號上加入“E”來表示（因此擴充的AX變成EAX，SI變成ESI，依此類推）。因為有更多的寄存器數量、指令、和運算單元，因此機器碼的格式也被擴充。為了提供與先前的架構兼容，包含運行碼的區(qū)段可以被標示為16或是32位的指令集。此外，特殊的前置符號也可以用來在16位的區(qū)段包含32位的腳本，反之亦然。

　　分頁跟區(qū)段的存儲器訪問是為了支持現在多任務操作系統(tǒng)所必須要的。Linux、386BSD、Windows NT和Windows 95都是一開始為386所發(fā)展，因為它是第一顆提供可靠地程序分離存儲器空間的支持（每個程序擁有自己的尋址空間）以及可以在必要的情況下打斷他們程序的運行（使用ring，一種x86保護模式下權力分級的名稱）。這種386的基本架構變成未來所有x86系列發(fā)展的基礎。

　　Intel 80386數學輔助運算處理器也在集成到這個CPU之后的x86系列中，也就是Intel 80486。新的FPU可以幫助浮點數運算，對于科學計算和圖形設計是非常重要。

　　64位架構

　　到2002年，由于32位特性的長度，x86的架構開始到達某些設計的極限。這個導致要處理大量的信息儲存大于4GB會有困難，像是在數據庫或是影片編輯上可以發(fā)現。

　　Intel原本已經決定在64位的時代完全地舍棄x86兼容性，推出新的架構稱為IA-64技術作為他的Itanium處理器產品線的基礎。IA-64與x86的軟件天生不兼容；它使用各種模擬形式來運行x86的軟件，不過，以模擬方式來運行的效率十分低下，并且會影響其他程序的運行。

　　AMD主動把32位x86（或稱為IA-32）擴充為64位。它以一個稱為AMD64的架構出現（在重命名前也稱為x86-64），且以這個技術為基礎的第一個產品是單內核的Opteron和Athlon 64處理器家族。由于AMD的64位處理器產品線首先進入市場，且微軟也不愿意為Intel和AMD開發(fā)兩套不同的64位操作系統(tǒng)，Intel也被迫采納AMD64指令集且增加某些新的擴充到他們自己的產品，命名為EM64T架構（顯然他們不想承認這些指令集是來自它的主要對手），EM64T后來被Intel正式更名為Intel 64。

　　這是由非Intel的制造商所發(fā)起和設計的第一次重大的x86架構升級。也許更重要的，它也是第一次Intel實際上從外部來源接受這項本質的技術。

　　虛擬

　　虛擬x86是很困難的，因為它的架構并未達到波佩克與戈德堡虛擬化需求。然而，有好幾個商業(yè)的虛擬x86產品，比如VMware和微軟的Virtual PC。Intel和AMD兩者都有公開宣布未來的x86處理器將會有新的增強來容易達到更有效率的虛擬。Intel針對這項虛擬特性的代號稱為“Vanderpool”和“Silvervale”；AMD則使用“Pacifica”這個代號。