x86-64 (x64): Arquitectura de 64 bits compatible con AMD64 e Intel64

x86-64 (x64): arquitectura de 64 bits compatible con AMD64 e Intel64. Rendimiento y compatibilidad con software x86 heredado, usada en PCs, servidores y consolas.

x86-64 es el nombre general de una serie de procesadores de 64 bits y su arquitectura de conjunto de instrucciones asociada. Estos procesadores son compatibles con el software x86 heredado.

AMD e Intel son los principales fabricantes, y VIA también lo apoya con los procesadores VIA Nano. Llaman a sus propios procesadores de 64 bits AMD64, Intel64 y VIA x86-64, respectivamente. Las videoconsolas como Microsoft Xbox One y Sony PlayStation 4 utilizan sus propias APU semipersonalizadas basadas en AMD64 como procesadores principales.

x64 es otro nombre utilizado para referirse a los sistemas extendidos de 64 bits basados en este tipo de procesadores. La gente suele utilizar x64 para referirse a su arquitectura de conjunto de instrucciones y procesador asociados.

Características principales

• Registros de 64 bits: amplía los registros generales del procesador (por ejemplo, RAX, RBX, RCX, RDX) y añade registros adicionales (R8–R15), lo que mejora el rendimiento en operaciones que usan muchas variables.
• Direcciones de memoria de 64 bits: permite manejar un espacio de direcciones virtuales mucho mayor que los 32 bits, lo que posibilita el uso de grandes cantidades de RAM y mejora el rendimiento en aplicaciones de servidores, bases de datos y virtualización.
• Modo largo (Long Mode): la extensión que introduce la capacidad de ejecución en 64 bits; incluye dos submodos: 64-bit mode (para programas de 64 bits) y compatibility mode (para ejecutar binarios de 32 y, en muchos casos, 16 bits en entornos protegidos).
• Compatibilidad hacia atrás: mantiene la mayoría de las instrucciones y el comportamiento del x86 de 32 bits, facilitando la transición de software existente.
• Soporte para características de seguridad y rendimiento: como el bit de ejecución deshabilitada (NX), punteros RIP-relativos para mejorar la localización de código y facilidades para virtualización y extensiones SIMD (SSE, AVX) que suelen convivir con la arquitectura.

Modos de operación

• Long mode (modo largo): es el modo necesario para ejecutar código de 64 bits. Dentro de long mode están:
  • 64-bit mode: ejecución de código nativo de 64 bits.
  • Compatibility mode: permite ejecutar aplicaciones de 32 bits (y en muchos casos 16 bits protegidos) sin necesidad de emulación completa; sin embargo, ciertas características de 16 bits como el modo real o el virtual-8086 no están disponibles en long mode.
• Legacy mode: modo tradicional de 16/32 bits cuando el procesador no está en long mode; útil para sistemas operativos y software antiguos.

AMD64 vs Intel64 y nombres comunes

AMD64 fue la extensión de 64 bits desarrollada por AMD, presentada comercialmente en 2003 en procesadores como los Athlon 64 y Opteron. Intel64 (también conocido como EM64T en sus primeras fases) es la implementación equivalente de Intel; aunque ambas son compatibles entre sí a nivel de instrucciones y software, existen diferencias en implementaciones internas y algunas funciones no esenciales. En el lenguaje común aparecen términos equivalentes como x86-64, x64 o simplemente AMD64 cuando se refiere a la arquitectura de 64 bits del ecosistema x86.

Ventajas y desventajas

• Ventajas: mayor espacio de direcciones (más memoria utilizable), más registros disponibles (mejor rendimiento para compiladores y aplicaciones intensivas), mejor soporte para cargas de trabajo modernas (bases de datos, virtualización, cálculo científico).
• Desventajas: punteros más grandes incrementan el uso de memoria en algunas aplicaciones, lo que puede penalizar cachés y estructura de datos; además, la migración de software requiere recompilar o disponer de versiones de 64 bits para aprovechar plenamente la arquitectura.

Soporte de sistemas operativos y aplicaciones

La mayoría de los sistemas operativos modernos soportan x86-64, entre ellos Windows (ediciones x64), diversas distribuciones de Linux, BSD y macOS (en ordenadores Apple con Intel antes del cambio a ARM). Muchos programas se distribuyen hoy en versiones tanto de 32 como de 64 bits; las distribuciones actuales tienden a priorizar las versiones de 64 bits por defecto.

Adopción y uso

Además de equipos de escritorio y portátiles, la arquitectura x86-64 domina en servidores y estaciones de trabajo por su compatibilidad y rendimiento. Como se mencionó, consolas de sobremesa como Microsoft Xbox One y Sony PlayStation 4 usan APU personalizadas basadas en AMD64. Los principales fabricantes —AMD, Intel y VIA— han impulsado su adopción en distintos segmentos del mercado.

Notas históricas y evolución

La extensión AMD64 supuso una solución pragmática y compatible hacia atrás frente a la morfología alternativa de 64 bits que proponía Intel en su momento. Tras su introducción, Intel adoptó cambios muy similares para mantener compatibilidad con el vasto ecosistema x86. Con el tiempo, la arquitectura ha ido ampliando su rango de direcciones y añadiendo nuevas instrucciones y capacidades de rendimiento (por ejemplo, ampliaciones de SIMD como AVX y mejoras en virtualización y seguridad).

Consideraciones finales

x86-64 (o x64) es hoy la base de la informática de propósito general en entornos compatibles con x86: ofrece un equilibrio entre compatibilidad con el legado y capacidades modernas de 64 bits. Para desarrolladores y administradores es importante conocer las diferencias entre modos, las convenciones de llamada (por ejemplo, System V AMD64 en Linux/Unix y la convención Microsoft x64 en Windows) y el impacto que tiene el tamaño de puntero en la memoria y el rendimiento.

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