↑ следующая новость | предыдущая новость ↓
Эволюция микропроцессоров исторически подразумевала увеличение разрядности целочисленных регистров процессора, т.е. максимального числа бит, образующих числа, над которыми можно было выполнять элементарные арифметические действия путём исполнения соответствующих команд. Также от этого параметра зависит объём линейно (без всяческих ухищрений, замедляющих работу) адресуемой оперативной памяти, к которой может обращаться процессор.
Самый первый микропроцессор Intel 4004 был 4-битным, а основатель семейства x86, т.е. первый процессор, использующий наиболее популярный до сих пор базовый набор команд, Intel 8086 был 16-битным. Эпоха 32-битных микропроцессоров началась с 1985 года с процессором Intel 386, с тех пор вплоть до Intel Pentium4 и AMD AthlonXP включительно система команд процессоров только дополнялась (MMX, SSE/SSE2/SSE3, 3Dnow!), но, несмотря на увеличение разрядности внешних шин и шин кэшей вплоть до 256-бит в некоторых случаях, число разрядов целочисленных регистров общего назначения оставалось равным 32.
Тем временем, практически все высокопроизводительные процессоры более поздних, нежели x86, архитектур (преимущественно — варианты RISC) уже давно были 64-битными. (Первый такой процессор, MIPS R3000, появился в 1994 году и был известен в основном по рабочим станциям и серверам SGi). Более того, Intel продвигала уже второе поколение собственных изначально 64-битных процессоров с архитектурой IA64(базирующейся на технологии VLIW) с коммерческим названием Itanium, не обладавших программной x86-совместимостью.
Однако в 2002 году компания AMD представила развитие архитектуры x86 под названием AMD64, представляющее собой очередное расширение набора команд x86, но рассчитанное на работу с 64-битными целочисленными регистрами общего назначения. В "железе" этот набор команд впервые был реализован на процессорах семейства AMD K8: Opteron/Athlon64, полностью программно совместимых и с обычными x86 процессорами.
В течении последующих двух лет стало ясно, что полная реализация потенциала этих процессоров возможна только при работе в операционной системе, использующей соответствующий набор команд и 64-битную адресацию памяти, что, в первую очередь, позволяло без всяких ограничений работать с линейными массивами данных объемом более 4Гб.
В первую очередь на новые процессоры были портированы ОС семейства Linux вместе с достаточно представительным набором критичных к скорости процессора и требующих больших объёмов памяти приложений. Скорость и стабильность работы новых процессоров, а также принципиальные трудности с созданием настольного процессора с архитектурой Intel IA64 сподвигли компанию Microsoft заняться портированием своих ОС на эту платформу.
С этого момента стало ясно, что набор команд AMD64 станет новым индустриальным стандартом, и Intel не осталось ничего другого, как добавить в свои процессоры полный аналог набора команд AMD64, в реализации Intel названный EM64T (Extended Memory 64-bit Technology).
Чем принципиально 64-битные x86 процессоры отличаются от 32-битных?
Помимо возможности быстрой работы с целыми 64-битными числами и прямой адресации несравнимо больших объёмов как виртуальной, так и физической памяти, новый индустриальный стандарт для x86 процессоров ликвидировал три принципиальных недостатка этой архитектуры:
1)Удвоение числа целочисленных регистров общего назначения — по этому параметру все потомки Intel 386 очень сильно отставали от современных RISC и VLIW процессоров. Использование компилятором этих регистров позволяет заметно улучшить эффективность реализации многих алгоритмов.
2)Использование для операций с плавающей точкой не стека, а регистров, используемых в наборе команд SSE2. Очень заметно отражается на производительности, но также требует перекомпиляции программного обеспечения.
3)DEP — Data Execution Protection (защита от передачи на выполнение содержимого сегмента данных при возникновении ошибки переполнения), также называется EVP (Enhanced Virus Protection), сильно затрудняет работу определённых классов вредоносных программ, в первую очередь — червей и троянцев. Не требует перекомпиляции ПО, поддерживается и 32-битными ОС Microsoft, начиная с WindowsXP SP2 и Wndows 2003 Server SP1.
Что нужно для работы 64-битных x86 приложений на моём ПК?
1)64-битный x86 процессор. На момент написания FAQ это были процессоры AMD с поддержкой технологии AMD64 и Intel c EM64T, соответственно. Конкретно речь идёт о AMD Opteron/Athlon64/Turion 64(мобильный аналог Athlon64)/Sempron 64/Phenom64. У Intel поддержка EM64T присутствует у процессоров Celeron D 3X1/3X6, Pentium4 5X1/5X6/6XX, Pentium D, Pentium XE (не Pentium4 XE!), всех Xeon DP с 800МГц с шиной и XeonMP c 667МГц шиной, а также у большинства будущих процессоров Intel за исключением Pentium M и Сeleron M.
Дополнение от января 2008 года — на данный момент набор команд AMD64/EM64T окончательно стал стандартом для всех производимых мобильных, настольных и серверных x86 процессоров Intel и AMD.
Также надо убедиться, что процессор корректно опознаётся BIOS’ом материнской платы (это означает, что в него загружен необходимый микрокод, несоблюдение этого условия может привести к серьёзным проблемам в работе компьютера). В некоторых ситуациях может потребоваться обновление BIOS материнской платы. В первую очередь это касается процессоров Intel, поскольку не все LGA775-материнские платы изначально поддерживали такие процессоры.
2)Операционная система.
На момент написания FAQ доступны следующие ОС:
Microsoft Windows XP Professional x64 Edition, Microsoft Windows 2003 Server x64 Editions (Standart/Enterprise/Datacenter), Windows Server 2008, также на платформу AMD64 перенесены Sun Solaris и различные варианты Linux и FreeBSD,(детальное рассмотрение особенностей unix-подобных ОС выходит за рамки данного FAQ), Windows Vista также имеет x64 версии всех редакций кроме начальных.
3)Драйверы. Все драйверы, работающие в ядре системы должны быть 64-битными, обратной совместимости не предусмотрено. Для наиболее распространённых комплектующих (видеокарты nVidia GeForce и ATi Radeon, чипсеты и дисковые контроллеры Intel, VIA, nVidia) такие драйверы уже написаны.
Будут ли работать обычные приложения на 64-битной ОС Windows?
1)32-битные приложения для Microsoft Windows — да, будут, при этом в некоторых ситуациях возможен прирост производительности по сравнению с выполнением на том же компьютере, но под 32-битной ОC(особенно если приложение использует очень большие объёмы оперативной памяти), но при этом 32-битные приложения не могут обращаться к 64-битным DLL и элементам Active Controls и наоборот. (На практике это выразилось в том, что в составе 64-х битных Windows Internet Explorer оставлен 32-битным для корректной работы со страницами, содержащими ActiveX элементы.)
2) 16-битные приложения для Microsoft Windows — нет, за исключением нескольких программ-инсталляторов.
3) DOS-приложения — нет. (На момент написания FAQ стало известно о портировании на 64-битные версии Windows прекрасно зарекомендовавшего себя OpenSource эмулятора DosBox, что почти полностью снимает возможные проблемы)
4)Приложения Windows для IA64(Itanium) — нет.
Что всё это даст мне в данный момент и что это может дать в будущем?
Для обычных пользовательских повседневных программ перенос их в данный момент на 64-битную платформу не даёт какого-либо качественно скачка в производительности. Исключением, (да и то относительным) являются только некоторые новейшие высокотехнологичные игры.
Наибольшую пользу от перехода на 64-бита получают программы для работы с базами данных, причём чем больше объём используемых данных, тем более заметен выигрыш, программы для CAD/CAE (автоматизированное проектирование, моделирование и т.п.), а также программы для создания цифрового контента (обработка изображений, звука, видео), более подробную информацию уже, как правило, можно узнать на сайте фирмы-разработчика используемого вами ПО — как правило, из сроков готовности 64-битных версий секретов никто не делает.
Из программ, портирование которых на 64-бит Windows завершено или близится к завершению стоит упомянуть Microsoft SQL Server 2000 и 2005, Cakewalk Sonar 4.0, CryTek FarCry, Epic Unreal Tournament 2004, SiSoft Sandra 2005 Полный список ПО, которое находится на разных стадиях переноса под Windows x64 можно найти здесь.
Сравнительная таблица ограничений по максимальному объёму используемой оперативной памяти и числу процессоров для 32 и 64-битных версий операционных систем от Microsoft:
Тип материала Установка и настройка
Идентификатор статьи 000007163
Последняя редакция 19.09.2017
Обзор
Для реализации технологии Intel® 64 процессор должен содержать поддержу той функции. Несмотря на то, что новые Процессоры для настольных ПК Intel® в штучной упаковке имеют поддержу Intel 64, всегда необходимо проверить, что поддержки процессоров эта функция, если Вы намереваетесь реализовать его.
Для использования в своих интересах этой технологии весь 64-разрядный аппаратный и программный стек решений требуется. Это включает процессоры, драйверы устройств, операционные системы, инструменты и приложения.
Основное значение пользователям Intel 64 находится в потенциальных повышениях производительности, достигнутых способностью обратиться больше, чем 4 ГБ и виртуальной памяти и физической памяти.
Настольные системные требования
Для использования в своих интересах Intel 64 весь 64-разрядный аппаратный и программный стек решений требуется.
- ЦП
Процессор для настольных ПК Intel® с поддержой Intel 64 требуется. Консультируйтесь с Таблицей характеристик продукции и Сравнениями для наблюдения, какие процессоры поддерживают Intel 64. Самым простой способ, чтобы узнать, должен ли Ваши поддержки процессоров Intel 64 использовать окно поиска в верхнем правом угле этого инструмента. Просто введите номер процессора в окно поиска, и это покажет Вам, какие технологии Intel поддерживаются. - Набор микросхем
Системная плата с тем из наборов микросхем в настоящее время требуется, чтобы поддерживать Intel 64: Intel® 910, Intel® 915x/925X/XE, Intel® 945x946x/955X/975X, Intel® 965x/963x, Набор микросхем Intel® 3 Series, набор микросхем Intel® серии 4 Express, набор микросхем Intel® серии 5 Express, набор микросхем Intel® серии 6 Express или Набор микросхем Intel® 7. - BIOS
BIOS системной платы должен иметь поддержу Intel 64. Процессор не будет управлять в 64-разрядном режиме без Intel поддерживающим 64 BIOS. - Операционная система (ОС)
Требуется ОС, поддерживающая Intel 64. Поддерживаемые ОС могут включать: Windows 7*, Windows Vista*, Выпуск Windows XP Professional x64*, Windows, 64-разрядный* клиентская версия ОС, Красный Флаг* версия 4.1, Novell Настольный ПК Linux 9*, или Red Hat DT 3.0* и выше. Свяжитесь со своим поставщиком ос для получения дополнительной информации об определенных датах выпуска и поддерже Intel 64. - Драйверы
Несмотря на то, что Ваша ОС должна идти с типичными 64-разрядными драйверами, необходимо также обновить драйверы оборудования с 64-разрядными включенными драйверами для выполнения в 64-разрядном режиме. - Приложения
Приложения должны быть закодированы и скомпилированы для поддержки Intel 64. Свяжитесь со своим поставщиком программного обеспечения для определенных программных возможностей.
Интеграция
Процедуры стандартной интеграции должны быть выполнены для установки всех различных компонентов оборудования системы. Как только все аппаратные компоненты были установлены правильно, возьмите следующие рекомендуемые этапы интеграции:
- Загрузите и выполните последнее обновление BIOS для своей системной платы. Некоторые системы могут не загрузить процессор для настольных ПК Intel с поддержой Intel 64, если нет поддержки BIOS для того процессора. В этом случае необходимо будет установить процессор в системную плату, которую BIOS действительно поддерживает для обновления к последнему BIOS.
- Загрузите систему и установите поддерживающую эту технологию операционную систему Intel 64.
- Обновите системные драйверы с драйверами, закодированными для поддержи Intel 64.
- Установите 32-разрядные и 64-разрядные закодированные приложения.
Процессор Intel® с поддержой Intel 64 может работать или в 32-разрядном или в 64-разрядном режиме. Во всех режимах требуется включенный BIOS Intel 64.
Если 32-разрядная операционная система будет установлена, то процессор будет работать в 32-разрядном режиме. В этом случае 64-разрядные драйверы не требуются.
С 64-разрядной операционной системой компьютер будет или работать в 64-разрядном режиме или что вызывают Режимом совместимости. В любом режиме все системные драйверы должны быть 64-разрядными. В 64-разрядном режиме 64-разрядные и 32-разрядные приложения могут работать в системе одновременно. Прежние 32-разрядные приложения будут работать в Режиме совместимости.
64-разрядные приложения будут иметь новые исполняемые файлы не совместимыми с 32-разрядными приложениями. Другими словами, 64-разрядные приложения обычно не могут совместно использовать библиотеки с 32-разрядными исполняемыми файлами.
Требования режима работы
Для получения дополнительной информации посетите Intel® 64 Architecture.
THIS INFORMATION IS ССЫЛКА FOR USE ONLY AND IS ПРЕДОСТАВИЛ "КАК ЕСТЬ" БЕЗ WARRANTIES WHATSOEVER, INCLUDING ANY WARRANTY ТОВАРНАЯ ПРИГОДНОСТЬ OF, НЕНАРУШЕНИЕ, OR FITNESS FOR ANY PARTICULAR PURPOSE. Разработчик поставщика систем остается исключительно ответственным за дизайн, продажу и функциональность ее продукции. Пожалуйста, согласуйте с аппаратными и программными поставщиками продуктов для текущего и информации о совместимости относительно моделей конкретной продукции. Вся продукция основана на текущих ожиданиях и при внесении изменений без уведомления.
Реальные значения производительности могут изменяться в зависимости от конфигурации и настроек аппаратных средств и программного обеспечения. Посмотрите Intel® 64 Architecture для получения дополнительной информации включая подробные данные, на которых процессоры поддерживают Intel 64 или консультируются с Вашим поставщиком систем для получения дополнительной информации.
| 07 августа 2003 |
Введение
Не так давно — каких то лет десять назад, на наших глазах произошла "микро" революция: мы перешли с 16-ти на 32-битные приложения. Большинство, надо полагать, этот процесс еще довольно хорошо помнит. И помнит, в том числе, что никакого увеличения производительности "на глаз" замечено не было. Так вот -с переходом с 32-бит на 64-бит будет то же самое.
Теперь, после столь оптимистичного вступления, попытаемся разобраться -почему ситуация складывается именно так, а не иначе. Да и вообще — может быть автор ошибается? Тем более, что, усилиями маркетологов шумиха вокруг 64-бит процессоров поднимается в последнее время все больше и больше. Что характерно -раньше такого не было, хотя 64-бит RISC чипы вышли на рынок еще в конце 90-х. Тогда это были типично серверные процессоры, причем уже широко известные узкому кругу специалистов, а сегодня в отрасль пришли многомиллионные маркетинговые бюджеты того же Intel.
CPU Reviews:
CPU: Планы на 2003-2007-й год
ITоги 2002 года. CPU
Перспективы полупроводников
Многопроцессорность для x86
0,09 мкм техпроцесс от Intel
Технология Hyper-Threading
NexGen: "чистый" процессор
AMD: 30 лет гонки за лидером
В результате у пользователей, порой, начинают складываться достаточно оригинальные мифы и представления о происходящем, вплоть до того, что переход на 64-бит означает двукратный прирост производительности! Впрочем пока ничего страшного не произошло: до сих пор использование 64-бит процессоров в компьютерном мире ограничивается серверами, да мощными рабочими станциями. А заказчики подобных машин абсолютно четко представляют себе, что им требуется, и на что способно требуемое им оборудование.
Тем не менее ситуация меняется. С появлением Athlon-64, 64-битные процессоры начинают претендовать на использование в персональных компьютерах, так что было бы совсем не лишним вспомнить о том, что же действительно они из себя представляют, как работают, и отделить некоторые мифы от истины.
Но для начала, нам придется как следует углубиться в самые-самые основы работы процессоров — это послужит той необходимой платформой, от которой будет отталкиваться весь последующий разговор. И, чуть-чуть, в историю. Которая начинается со времен Intel 4004, бывшего 4-бит процессором. Это означало, что процессорные регистры общего назначения могли хранить лишь числа такой размеренности, ALU (arithmetic logic unit), модуль, выполняющий вычисления с целыми числами, мог с ними работать, плюс, процессор мог бы использовать 4-бит числа при адресации к блокам памяти. То есть, к примеру, для инструкций, работающих с целыми числами, были доступны лишь значения от -7 до 8. Очевидно, что — маловато для любой арифметической операции.
Впрочем, уже очень скоро появился на свет 8-бит 8008 (-127 — 128), также скоро сменил его 16-бит 8086 (-32768 — 32767), а уже в 1986 году мы увидели 80386 процессор, впервые реализовавший 32-бит режим работы, что дало возможность работы с числами размерностью свыше двух миллиардов. Кстати, а о какой работе вообще идет речь, как оперирует числами процессор?
Как оперирует числами процессор?
Есть ALU (в последних процессорах — уже несколько), в который поступают все инструкции и данные, необходимые для целочисленных вычислений, как правило, это один из самых быстрых в плане тактовой частоты модулей процессора. Грубо говоря, процесс его работы можно представить следующим образом: поступили данные (две цифры — 3 и 4), поступила инструкция (операция умножения). На выходе получили результат — 12. Сложение, вычитание, деление, и так далее — в общем, все, с чем мы имеем дело в повседневной жизни.
Очевидно, что хоть используем ли мы числа в 4-бит представлении, хоть в 64-бит, а в данной схеме абсолютно ничего не изменится. Поступили на вход два числа, ALU произвел над ними операцию, выдал результат. Есть, конечно, потенциальная возможность того, что удастся каким-то образом распараллелить этот участок, найдя две пары чисел и пару операций, которые необходимо над ними выполнить, абсолютно не влияющих друг на друга. Случай относительно редкий — на то мы и имеем дело с алгоритмом, то есть, цепочкой последовательных шагов, но все же отнюдь не невозможный. В сегодняшних программах хватает процедур, совершенно друг с другом не связанных.
Возникает вопрос, при чем тут регистры? Как уже говорилось — прежде, чем данные попадут в ALU, они должны быть туда загружены. Загружены из некоего источника. Под которым можно подразумевать все угодно — от винчестера, до кэша процессора. Из кэша данные попадают непосредственно в процессор, в блок хранения данных. Небольшой по объему, но скоростной. Однако, в силу ряда чисто физических ограничений, расположить его вплотную к ALU не получится — роль посредника выполняет набор совсем уж небольших блоков для хранения данных, работающих на очень большой скорости, и называющихся регистрами.
Как раз оттуда ALU данные, с которыми он работает, и получает, и звучит для него вышеупомянутая операция скорее не как "3 * 4", а как "содержимое регистра A * содержимое регистра B". И, разумеется, сохранить результат в один из регистров (может быть, даже один из использовавшихся в операции), откуда он потом, при необходимости, сможет быть взять для еще одной операции, или же записан в оперативную память, освободив драгоценное место. Когда мы говорим о разрядности процессора, то, практически в первую очередь, мы говорим как раз о разрядности этих регистров — могут ли они хранить 8, 16, 32, или 64-бит числа.
С дробными числами, с числами с плавающей запятой ситуация обстоит совершенно другим образом. Для их хранения и операций с ними требуется куда больший объем — это очевидно, учитывая, сколько цифр приходится хранить для подобных чисел. Особенно, если требуется повышенная точность и, соответственно, повышенное число знаков после запятой. Впрочем, поскольку необходимость в работе с ними возникла не вчера, то никто здесь прихода 64-бит процессоров ждать и не собирался.
С числами с плавающей запятой работает отдельный набор инструкций, x87, с ними оперируют отдельные вычислительные блоки, сведенные в модуль с общим названием "сопроцессор", а хранятся они и оперирует с ними процессор во внутреннем формате с 80-бит представлением. Так что здесь пока что все нормально, и ради чисел с плавающей запятой весь сыр-бор затевать явно не требовалось. Тем более, что это направление развивается совершенно автономным образом — SSE, 3DNow, и так далее, так что переход x86 с 32-бит на 64 его затрагивает весьма слабо.
Существует, впрочем, и еще один аспект вопроса, а именно — доступ к памяти. Дело в том, что в базовом режиме, так называемом "flat addressing", те же самые регистры общего назначения используются для хранения адресов доступа к памяти. 32 бита дают нам 4.3 миллиарда возможных комбинаций, так что 32-бит процессор может, таким образом, осилить объем памяти лишь объемом в 4.3 Гбайт. Адреса ячеек, имеющих более старшие номера, он попросту не может хранить в своих регистрах.
Очевидно, что здесь польза от 64 бит проявляется наиболее очевидно, поскольку объем адресуемого пространства сразу увеличивается до 18 миллионов терабайт. И 4 Гбайт то памяти в настоящее время можно встретить лишь в серверах, хотя через несколько лет, очевидно, до таких объемов доберутся и PC, но новые возможности: Их, очевидно, хватит на ближайшие несколько десятков лет, по крайней мере, если иметь дело с теоретической стороной вопроса — на практике дела обстоят отнюдь не столь радужно.
Так вот, раз уж мы заговорили о серверах, то впору вообще задаться вопросом — что толку вообще в переходе на 64-бит? Кто выиграет от этого? В первую очередь в голову, разумеется, приходят пресловутые серверы баз данных. Где серьезные базы давно уже переросли объем в 4 Гбайт, а возможность кэшировать их полностью в оперативной памяти слишком заманчива в плане производительности, чтобы от нее отказываться. Так что, между прочим, как и с сопроцессором, производители серверных решений не стали дожидаться, пока как-то решит проблему — за счет использования различных подходов, 32-бит Xeon позволяет адресовать более 4 Гбайт данных (до 64 Гбйт), хотя, конечно подобные полухакерские решения трудно назвать серьезной платформой под будущее, да и падение производительности при операциях с памятью при этом измеряется в десятках процентов. Впрочем, будущее от Intel — это Itanium, а не Xeon.
Зачем необходим 64-х битный процессор?
Даже на рабочих станциях пока что трудно представить себе необходимость объемов памяти выше 4 Гбайт, хотя, конечно, очевидно, что совершенствование приложений, работающих с 2D и 3D графикой, а также с видео, уже в течение ближайших лет позволят перешагнуть этот барьер. Тем не менее, сегодня здесь пользы от 64-бит — ни малейшей.
Про Word, игры, и так далее — в этом контексте рассуждать вообще просто смешно, хотя, с другой стороны, по мере увеличения реалистичности отображаемого в играх мира легко себе представить необходимость в подобных объемах памяти. Достаточно представить себе все сервера, поддерживающие Ultima Online или Everquest, сконцентрированные в обычный будущий игровой PC среднего уровня.
Однако, кто-то, возможно, уже мог заметить изьян в этих рассуждениях — они ведутся так, как будто 64-бит адресация к памяти является единственным достоинством 64-бит процессоров. Неужели, от представления целых чисел в 64-бит формате для вычислений ничего не меняется? Кое-что меняется, конечно, но, во многом, для тех же серверов: симуляция ядерных взрывов, погоды, криптография, и прочие подобные приложения, где действительно может возникнуть ситуация, когда 32-бит диапазона целых чисел может не хватить. Реальный мир обычных PC — фактически, исключено. Кстати, если уж сейчас кому-то такое и нужно, то языки высокого уровня, вроде того же C, позволяют использовать стандартный фокус, когда для представления 64-бит числа используются два 32-бит регистра. Что, естественно, поскольку количество регистров весьма ограничено, несколько негативно сказывается на производительности.
Что и приводит нас к логическому финалу: для той же архитектуры, производительность 64-бит процессоров будет выше только для тех задач, где используются 64-бит вычисления, поскольку снимается необходимость использования подобных трюков. 32-бит задачи будут исполняться с той же самой скоростью, хотя, в принципе, могут, с минимальной доработкой, получить доступ к 64-бит адресному пространству. Если, опять же, они от этого получат какую-то реальную пользу.
Впрочем, уточнение "для той же архитектуры" было сделано отнюдь не зря, поскольку, если уж мы отталкиваемся от x86, то это будет справедливо только для Athlon 64 и Opteron от AMD. Все остальные игроки пошли по совсем другому направлению, разрабатывая под 64-бит совершенно отличные архитектуры. Возьмем тот же Intel, который и положил, собственно, начало шумихе по поводу 64-бит процессоров.
