Em64t процессоры что это
Появление AMD64/EM64T 64-битных процессоров от компаний AMD и Intel безусловно можно считать одним из самых интересных событий на процессорном рынке за последние пять лет. Конечно, поголовный переход на новые платформы случится не сразу, особенно учитывая неторопливость Microsoft. К счастью новые процессоры полностью совместимы с используемым сегодня IA32 программным обеспечением.
Чего однако нельзя сказать о представленной еще в 2001 году компанией Intel 64-х битной архитектуре IA64 и ее главном продукте — процессоре Itanium. Обсуждать историю возникновения и развития этой линейки мы здесь не будем, отметим, однако, что IA64 создавалась на основе архитектуры EPIC и ей (как это часто бывает для новых продуктов) пророчили блестящее будущее, не забывая в маркетинговых материалах писать стандартные слова «high availability, scalability and performance needed for high-end enterprise and technical computing applications». За четыре года процессор вырос с 733 МГц ядра с 4 МБ кэша L3 и шины в 2,1 ГБ/с до 1,6 ГГц/9 МБ/6,4 ГБ/с. Однако сказать, что прямо так все high-end enterprise закупили себе по пачке Itanium'ов пожалуй нельзя. Кроме того, в связи с выходом продуктов AMD64/EM64T многие обозреватели все чаще переводят название процессора как «Итаник».
Безусловно, поддерживать две архитектуры, которые явно между собой соперничают, очень сложно. Однако Intel большой, и, я думаю, у него все получится :), особенно если правильно развести продукты по рынкам.
Кстати о рынках. Сегодня потребители избалованы универсальностью IA32/x86. Эта архитектура работает как в тонких терминалах на AMD Geode, так и в восьмипроцессорных серверах на Intel Xeon MP. Насколько эффективно она там работает это совсем другой вопрос :). Однако факт остается фактом — IA32 сегодня самая популярная архитектура. И сильно изменить ее действительно практически невозможно.
Но стоит ли ее менять?
Конечно когда речь идет о Васе, который просто любит вечерами поиграть на своем пентиуме и совершенно не вдается в подробности о ассоциативности L1 кэша и используемом авторами игры компиляторе, то вопрос о поддержке всего софта, залитого на его 400 ГБ жесткий диск очень важен. Однако когда мы выходим из области развлечений и заглядываем в тот самый high-end enterprise, ситуация заметно меняется. И главным становится эффективность решения заранее определенных задач.
В этой ситуации компании может быть совершенно не важно, сколько и каких процессоров будет установлено в ее новом сервере, какая там ОС и кто написал базу данных. Действительно важным становится сочетание всех этих факторов — готовое решение поставленной задачи. Ну и конечно не упускаются из виду стоимость (решения!), надежность, поддержка и другие «взрослые» понятия.
Хорошо, если компания такая большая и красивая, что может позволить себе попробовать то или иное решение и на основании максимально точной и подробной информации сделать выбор.
Другим же часто приходится пользоваться различными источниками, например статьями в журналах и сетевых СМИ, результатами тестов производителей. Обращать внимание только на выводы в этих статьях обычно не стоит, т.к. используемое в обзорах и тестированиях понятие производительности хоть и является чаще всего объективным, но лишено смысла без дополнительных уточнений, в частности стоимости, надежности, времени реализации решения.
Конечно есть чисто научные понятия в этой области, например «мегафлопсы», однако их красота и простота видимо больше интересна собственно тем, кто занимается наукой (что как известно представляет собой «наилучший современный способ удовлетворения любопытства отдельных личностей за счет государства» (С) :)).
Остальным приходится учитывать множество других факторов, причем как вполне объективных (например, стоимость), так и субъективных (перспективность). Ну и далее уже идут их сочетания до бесконечности :) (выбор поставщика, основанный на объективной стоимости и субъективной надежности).
Конечно, для большинства пользователей домашних ПК все обычно достаточно просто — определяется сумма, которую можно/нужно/не жалко потратить на новую железку и подбирается максимально быстрый вариант (конечно определение «быстроты» у каждого свое).
Для «больших» решений оценка производительности имеет две особенности. Во-первых для нахождения оптимума нужно попробовать связать скорость с финансовой выгодой, что является не всегда простым занятием, во-вторых может использоваться вызывающее аллергию у оверклокеров понятие достаточной производительности. Например, пользователю системы видеонаблюдения совершенно не обязательно знать, как и чем обеспечивается скорость оцифровки данных с шестнадцати видеокамер, главное, что бы работало. В случае более обтекаемой задачи (например — «файл-сервер для 1000 клиентов») приходится строить различные модели.
Один из вариантов моделирования как раз и реализован в тестах SPEC. В данном случае речь идет о «научно-вычислительном» поле. Написали мы по этому поводу уже много статей :), так что повторяться не будем, а попробуем оценить привлекательность IA64 для «числодробительных» задач основываясь на данных теста SPEC CPU2000.
- платформа Intel SBHG2 Tiger 2
- процессор Itanium2 1,3 ГГц/3 МБ L3
- четыре модуля DIMM DDR 512 МБ PC2700 ECC Reg
- два диска 36 ГБ U320 SCSI Fujitsu MAP3367NC
- ОС Windows 2003 Ent Server 64-bit
- компилятор Intel Compiler for IA64 версии 8.1 (билды компиляторов: C/C++ — 022, Fortran — 025).
Конечно это не шестнадцатипроцессорный Bull NovaScale 6320 HPC, но наш опыт показывает, что для оценки скорости счета и составления прогноза и эта система подойдет.
- SPECint_base2000: 1017
- SPECfp_base2000: 1979
Мало это или много? Сравнение с процессорами Pentium 4 показывает, что по целочисленному счету протестированный Itanium 2 находится на уровне 2,8 ГГц процессора (без учета платформы, версий компилятора и т.п.), а вот по работе с вещественными числами опережает даже Pentium 4 570J (3,8 ГГц).
Из-за разницы архитектур проводить подробный дополнительный анализ практически бесполезно. Отметим только, что «гуляния» по отдельным приложениям достигают для CINT2000 ±40%, а для CFP2000 еще больше: -40%…+90% (и конечно особенно отличился благодаря 3 МБ кэшу 179.art, он прибавил целых 217%, причем даже если его «не считать» в интегральной оценке, то результат нашего Itanium 2 всего лишь сравняется с P4 3,8).
При работе с целыми числами ситуация похуже. В однопроцессорном режиме самый быстрый Itanium 2 отстает от сегодняшнего лидера AMD Athlon 64 FX-55 примерно на 10%. Однако в мультипроцессорных конфигурациях он берет реванш и снова становится победителем.
Безусловно, ложкой дегтя является высокая стоимость систем на базе Itanium 2. И если двухпроцессорную систему на AMD Opteron можно приобрести за разумные деньги, то рабочую станцию на Itanium 2 еще придется поискать. Кстати интересно, что HP убрал со своего сайта информацию о рабочих станциях на Itanium (сервера, конечно, остались), но в META тегах HTML кода слово Itanium еще встречается :). Да и видимо даже Intel не верит в такое позиционирование этого процессора, поскольку список партнеров, опубликованный на их сайте, на проверку оказывается неверным. Из 16-и указанных компаний ни у одной нет именно Workstation на Itanium 2. Сервера — да, есть. А вот рабочие станции — сплошь Opteron, Xeon, иногда Pentium 4 и PowerPC (а как все красиво начиналось…).
С «нативным» режимом работы Itanium 2 мы разобрались. Теперь опробуем оценить его возможности по выполнению 32-битных приложений IA32. Конечно, реально гонять многотысячные машины для расчетов в 32-бит режиме никто в нормальных условиях не будет, однако понять, чего стоит ожидать от использования 32-бит ПО все-таки интересно.
Как показал опыт, по умолчанию Itanium 2 может исполнять 32-бит код, включая инструкции MMX и SSE (то есть он совместим с Pentium III), при этом обычные приложения, которыми вы привыкли пользоваться на обычной 32-бит системе прекрасно работают (16 бит Windows и MS-DOS мы даже не пробовали… хотя наверное было бы интересно запустить Norton Commander на Itanium 2 :)).
Во второй половине 2003 года компания Intel представила программную прослойку для IA64 систем, призванную поднять производительность на 32-бит коде IA-32 Execution Layer. Обещали достижение уровня Xeon 1,5 ГГц. В IA32EL используется динамическая трансляция 32-х битного кода в «родной» код IA64 архитектуры. Кроме увеличения скорости, была добавлена поддержка инструкций набора SSE2 (интересно, что моделируется и инструкция CPU_ID, так что компилятор Intel версии 8.x находит в процессоре «своего» и разрешает использовать оптимизацию под Northwood). В настоящий момент это ПО доступно для свободного скачивания на сайте Microsoft для операционных систем этой компании и входит в поставки многих IA64 дистрибутивов Linux (по данным Intel).
Итак, если не использовать IA32EL, то результаты Itanium 2 в тестах SPEC CPU2000 на 32-бит коде просто никакие… SPECint_base2000/SPECfp_base2000=306/170, что соответствует Pentium III 700/450 МГц. Да, эмуляция самого популярного набора команд дается тяжело… С другой стороны частота тестируемого процессора всего в два/четыре раза выше, так что видимо это не так уж и плохо. Наследие прошлого дорого стоит.
Зато использование IA32EL значительно повышает настроение: SPECint_base2000/SPECfp_base2000=569/530. Ну это хоть что-то, примерно уровень Pentium 4 1,7 ГГц, Athlon XP 1600+/ Pentium 4 1,7 ГГц, Athlon XP 1700+. Получается, что обещание дотянуть до Xeon 1,5 ГГц компания выполнила. Так что использование IA32EL крайне рекомендуется тем, кому нужно запускать 32-бит приложения на Itanium 2. Даже если это всего лишь Far или pkzip :). В целом рост производительности на IA32 приложениях при использовании IA32EL составил от 20 до 410% (небольшую лепту вносит и появление поддержки SSE2).
Введение
В рамках архитектуры вычислительной техники под термином "64-битный" понимают 64-битные целые и другие типы данных, имеющих размер 64 бита. Под "64-битными" системами могут пониматься 64-битные архитектуры микропроцессоров (например, EM64T, IA-64) или 64-битные операционные системы (например, Windows XP Professional x64 Edition). Можно говорить о компиляторах, генерирующих 64-битный программный код.
В данной статье будут рассмотрены различные моменты, связанные с 64-битными технологиями. Статья предназначена для программистов, желающих начать разрабатывать 64-битные программы, и ориентирована на Windows-разработчиков, поскольку для них вопрос знакомства с 64-битными системами наиболее актуален.
Заключение
Проведенное тестирование платформы c Intel Itanium 2 показало, что данный процессор заслуженно занимает лидирующие позиции по производительности в операциях с вещественными числами среди всех современных процессоров.
Режим совместимости с IA32 кодом, присутствующий в процессоре, вполне работоспособен. Так что любимые программы типа офиса и блокнота работать будут (ну и конечно обязательные для серверов системы мониторинга и управления от сторонних разработчиков). А вот если нужное ПО занимается действительно интенсивными расчетами, то лучше его портировать на IA64, в крайнем случае, можно использовать IA32EL для временного решения проблемы с производительностью.
На момент написания курса, наиболее известными являются две 64-битные архитектуры микропроцессоров: IA64 и Intel 64.
- IA-64 64-битная микропроцессорная архитектура, разработанная совместно компаниями Intel и Hewlett Packard. Реализована в микропроцессорах Itanium и Itanium 2. Для более подробного знакомства с архитектурой IA-64 можно обратиться к следующим статьям в Wikipedia: "IA-64", "Itanium", "Itanium 2".
- Intel 64 (EM64T / AMD64 / x86-64 / x64) - данная архитектура представляет собой расширение архитектуры x86 с полной обратной совместимостью. Существует множество вариантов названия данной архитектуры, что приводит к путанице, хотя, по сути, все эти названия обозначают одно и тоже: x86-64, AA-64, Hammer Architecture, AMD64, Yamhill Technology, EM64T, IA-32e, Intel 64, x64. Более подробно узнать о том, как появилось так много названий, можно в статье из Wikipedia: "X86-64".
Важно понимать, что IA-64 и Intel 64 - это совершенно разные, несовместимые друг с другом, микропроцессорные архитектуры. В рамках курса мы будем рассматривать только архитектуру Intel 64 (x64 / AMD64) как более популярную среди разработчиков прикладного программного обеспечения для операционной системы Windows. Соответственно, когда будет упоминаться операционная система Windows, то будут иметься в виду ее 64-битные версии для архитектуры Intel 64. Примеры: Windows XP Professional x64 Edition, Windows Vista x64, Windows 7 x64. Для краткости программную модель Intel 64, доступную программисту в 64-битной системе Windows, называют Win64.
Архитектура Intel 64
Рассматриваемая архитектура Intel 64 - простое, но в то же время мощное обратно совместимое расширение устаревшей промышленной архитектуры x86. Она добавляет 64-битное адресное пространство и расширяет регистровые ресурсы для поддержки большей производительности перекомпилированных 64-битных программ. Архитектура обеспечивает поддержку устаревшего 16-битного и 32-битного кода приложений и операционных систем без их модификации или перекомпиляции.
Необходимость 64-битной архитектуры определяется приложениями, которым необходимо большое адресное пространство. В первую очередь это высокопроизводительные серверы, системы управления базами данных, САПР и, конечно, игры. Такие приложения получат существенные преимущества от 64-битного адресного пространства и увеличения количества регистров. Малое количество регистров, доступное в устаревшей x86 архитектуре, ограничивает производительность в вычислительных задачах. Увеличенное количество регистров обеспечивает достаточную производительность для многих приложений.
Подчеркнем основные достоинства архитектуры x86-64:
- 64-битное адресное пространство;
- расширенный набор регистров;
- привычный для разработчиков набор команд;
- возможность запуска старых 32-битных приложений в 64-битной операционной системе;
- возможность использования 32-битных операционных систем.
64-битные операционные системы
Практически все современные операционные системы сейчас имеют версии для архитектуры Intel 64. Например, Microsoft предоставляет Windows XP x64. Крупнейшие разработчики UNIX систем также поставляют 64-битные версии, как например Linux Debian 3.5 x86-64. Однако это не означает, что весь код такой системы является полностью 64-битным. Часть кода ОС и многие приложения вполне могут оставаться 32-битными, так как Intel 64 обеспечивает обратную совместимость с 32-битными приложениями. Например, 64-битная версия Windows использует специальный режим WoW64 (Windows-on-Windows 64), который транслирует вызовы 32-битных приложений к ресурсам 64-битной операционной системы.
Далее в статье мы будем рассматривать только 64-битные операционные системы семейства Windows.
1. Архитектура AMD64
Архитектура AMD64 полностью описывается в пяти томах документации, предоставляемой компанией AMD. В этой главе представлен краткий обзор, основанный на первом томе [2]. Обратим внимание на то, что в официальной документации данная архитектура обозначается как AMD x86-64, что подчеркивает ее обратную совместимость.
Заключение
Проведенное тестирование платформы c Intel Itanium 2 показало, что данный процессор заслуженно занимает лидирующие позиции по производительности в операциях с вещественными числами среди всех современных процессоров.
Режим совместимости с IA32 кодом, присутствующий в процессоре, вполне работоспособен. Так что любимые программы типа офиса и блокнота работать будут (ну и конечно обязательные для серверов системы мониторинга и управления от сторонних разработчиков). А вот если нужное ПО занимается действительно интенсивными расчетами, то лучше его портировать на IA64, в крайнем случае, можно использовать IA32EL для временного решения проблемы с производительностью.
На момент написания курса, наиболее известными являются две 64-битные архитектуры микропроцессоров: IA64 и Intel 64.
- IA-64 64-битная микропроцессорная архитектура, разработанная совместно компаниями Intel и Hewlett Packard. Реализована в микропроцессорах Itanium и Itanium 2. Для более подробного знакомства с архитектурой IA-64 можно обратиться к следующим статьям в Wikipedia: "IA-64", "Itanium", "Itanium 2".
- Intel 64 (EM64T / AMD64 / x86-64 / x64) - данная архитектура представляет собой расширение архитектуры x86 с полной обратной совместимостью. Существует множество вариантов названия данной архитектуры, что приводит к путанице, хотя, по сути, все эти названия обозначают одно и тоже: x86-64, AA-64, Hammer Architecture, AMD64, Yamhill Technology, EM64T, IA-32e, Intel 64, x64. Более подробно узнать о том, как появилось так много названий, можно в статье из Wikipedia: "X86-64".
Важно понимать, что IA-64 и Intel 64 - это совершенно разные, несовместимые друг с другом, микропроцессорные архитектуры. В рамках курса мы будем рассматривать только архитектуру Intel 64 (x64 / AMD64) как более популярную среди разработчиков прикладного программного обеспечения для операционной системы Windows. Соответственно, когда будет упоминаться операционная система Windows, то будут иметься в виду ее 64-битные версии для архитектуры Intel 64. Примеры: Windows XP Professional x64 Edition, Windows Vista x64, Windows 7 x64. Для краткости программную модель Intel 64, доступную программисту в 64-битной системе Windows, называют Win64.
Прикладное программирование и 64-битные системы
На момент написания статьи в 2010 году, наиболее известными и распространенными являются две 64-битные архитектуры микропроцессоров: IA64 и Intel 64.
- IA-64 64-битная микропроцессорная архитектура, разработанная совместно компаниями Intel и Hewlett Packard. Реализована в микропроцессорах Itanium и Itanium 2. Для более подробного знакомства с архитектурой IA-64 можно обратиться к следующим статьям в Wikipedia: "IA-64", "Itanium", "Itanium 2". Архитектуру Itanium поддерживает большое количество производителей серверов: Bull, Fujitsu, Fujitsu Siemens Computers, Hitachi, HP, NEC, SGI и Unisys. Эти производители присоединились к Intel и множеству разработчиков ПО для создания Itanium Solutions Alliance, с целью продвижения архитектуры и ускорения темпов портирования ПО.
- Intel 64 (AMD64 / x86-64 / x64 / EM64T) - данная архитектура представляет собой расширение архитектуры x86 с полной обратной совместимостью. Существует множество вариантов названия данной архитектуры, что приводит к путанице, хотя, по сути, все эти названия обозначают одно и тоже: x86-64, AA-64, Hammer Architecture, AMD64, Yamhill Technology, EM64T, IA-32e, Intel 64, x64. Более подробно узнать о том, как появилось так много названий, можно в статье из Wikipedia: "X86-64". Процессоры с архитектурой Intel 64 нашли широкое распространение персональных компьютерах. И скорее всего ваш компьютер оснащен именно процессором с данной архитектурой.
Важно понимать, что IA-64 и Intel 64 (AMD64) это совершенно разные, несовместимые друг с другом, микропроцессорные архитектуры. Далее в статье мы будем рассматривать только архитектуру Intel 64 (x64 / AMD64), как более популярную среди разработчиков прикладного программного обеспечения для операционной системы Windows. Для краткости программную модель Intel 64, доступную программисту в 64-битной системе Windows, называют Win64.
1.3. Недостатки архитектуры
Серьезных недостатков в 32-битную архитектуру новая архитектура AMD x86-64 не внесла. Отметить можно разве лишь чуть большие требования программ к памяти из-за того, что увеличился размер адресов и операндов. Однако это серьезно не скажется ни на размере кода, ни на требованиях к объему доступной оперативной памяти.
Но фактом является и то, что AMD x86-64 не привнесла ничего существенно нового. Нет принципиального повышения производительности. В среднем после перекомпиляции программы можно ожидать прирост производительности в пределах 5-15%.
Программная модель Win64
Также как и в Win32, размер страниц в Win64 составляет 4Кб. Первые 64Кб адресного пространства никогда не отображаются, то есть наименьший правильный адрес- это 0x10000. В отличие от Win32, системные DLL загружаются выше 4Гб.
Особенность компиляторов для Intel 64 в том, что они могут наиболее эффективно использовать регистры для передачи параметров в функции вместо использования стека. Это позволило разработчикам Win64 архитектуры избавиться от такого понятия, как соглашение о вызовах (calling convention). В Win32 можно использовать разные соглашения: __stdcall, __cdecl, __fastcall и так далее. В Win64 есть только одно соглашение о вызовах. Рассмотрим пример, как передаются в регистрах четыре аргумента типа integer:
- RCX: первый аргумент
- RDX: второй аргумент
- R8: третий аргумент
- R9: четвертый аргумент
Аргументы после первых четырех integer передаются на стеке. Для float аргументов используются XMM0-XMM3 регистры, а также стек.
Разница в соглашениях о вызове приводит к тому, что в одной программе нельзя использовать и 64-битный, и 32-битный код. Другими словами, если приложение скомпилировано для 64-битного режима, то все используемые библиотеки (DLL) также должны быть 64-битными.
Передача параметров через регистры является одним из новшеств, делающих 64-битные программы более производительными, чем 32-битные. Дополнительный выигрыш в производительности можно получить, используя 64-битные типы данных, о чем будет рассказано в соответствующем уроке.
В статье кратко рассматривается архитектура AMD64 компании AMD и ее реализация EM64T компании Intel. Описаны особенности архитектуры, ее возможности, достоинства и недостатки.
Введение
Развитие задач, решаемых с помощью вычислительной техники, постоянно повышает требования к аппаратуре, на которой эти задачи решаются. Требования к вычислительным системам класса персональных компьютеров увеличиваются уже более 20 лет год от года. Это происходит из-за желания людей решать на персональных компьютерах все более сложные задачи, которые ранее решались лишь на высокопроизводительных мэйнфреймах.
Какие же требования возникают к персональным компьютерам для решения сложных задач? Разумеется, это требования по объему оперативной памяти и быстродействию процессора (не путать с частотой!). Господствующая последнее десятилетие архитектура IA32 (Intel Architecture 32) предлагает 4Гб (2^32) оперативной памяти, из которой приложению обычно доступно только 2Гб, различные блоки регистров, а также наборы ухищрений типа блока предсказания переходов, которые должны повысить производительность системы без повышения такого абстрактного параметра как частота процессора [1].
Современные задачи для персональных компьютеров по памяти уже подходят к 2Гб, а повышение частоты процессоров не приводит к повышению производительности.
Решением проблемы ограничений современных 32-битных машин в какой-то степени стало появление 64-битных архитектур SPARC64 и Intel Itanium. Однако они предназначены для hi-end систем и недоступны в качестве дешевых решений. По настоящему массовыми предназначено стать архитектуре AMD64 компании AMD и ее реализации EM64T компании Intel. Эти архитектуры являются близнецами и программы, скомпилированные для одной из них, запускаются и на другой. Однако исторически первой появилось именно решение от AMD. EM64T является всего лишь фактически реализацией AMD64 от Intel. Архитектура AMD64 в настоящее время реализована в процессорах всех классов: мобильных, рабочих станциях, серверах.
Несмотря на явные преимущества платформы AMD64 (о которых подробно говорится в представленной статье), ничего революционно нового в вычислительной технике она не несет. Переход от 32-х бит к 64-м не привел к качественным улучшениям, в то время как прошлый подобный переход от 16-ти к 32-битам заметно повысил надежность и производительность систем.
2. Программная модель AMD64
Практически все современные операционные системы сейчас имеют версии для архитектуры AMD64. Так Microsoft предоставляет Windows XP 64bit, Windows Server 2003 64bit, Windows Vista 64bit. Крупнейшие разработчики UNIX систем также поставляют 64-битные версии, как например Linux Debian 3.1 x86-64. Однако это не означает, что весь код такой системы является полностью 64-битным. Часть кода ОС и многие приложения вполне могут оставаться 32-битными, т.к. AMD64 обеспечивает обратную совместимость.
64-битная версия Windows, к примеру, использует специальный режим WoW (Windows-on-Windows 64), который транслирует вызовы 32-битных приложений к ресурсам 64-битной операционной системы. Рассмотрим более подробно программную модель AMD64, доступную программисту в 64-битной системе Windows, для краткости называемой Win64.
Начнем с адресного пространства. Хотя 64-битный процессор теоретически может адресовать 16 экзабайт памяти (2^64), Win64 в настоящий момент поддерживает 16 терабайт (2^44). Этому есть несколько причин. Текущие процессоры могут обеспечивать доступ лишь к 1 терабайту (2^40) физической памяти. Архитектура (но не аппаратная часть) может расширить это пространство до 4 петабайт (2^52). Однако в любом случае, необходимо огромное количество памяти для страничных таблиц, отображающих память (см. таблицу 3).
32-битный режим
64-битный режим
Общее адресное пространство процесса
Адресное пространство, доступное 32-битному процессу
2Гб (3Гб, если система загружена с ключом /3GB)
4Гб, если приложение скомпилировано с ключом /LARGEADDRESSAWARE (2Гб иначе)
Адресное пространство, доступное 64-битному процессу
Нерезидентный пул (paged pool)
Резидентный пул (non-paged pool)
System Page Table (PTE)
Таблица 3. Основные ограничения памяти в Windows
Как и в Win32, адресуемый диапазон памяти делится на пользовательские адреса и на системные. Каждый процесс получает 8Тб и 8Тб остается системе (в отличие от 2Гб и 2Гб в Win32 соответственно). Различные версии Windows имеют различные ограничения, представленные в таблице 4.
Физическая память и количество процессоров
32-битные модели
64-битные модели
Windows XP Home
Windows XP Professional
128 Гбайт, 1-2 CPU
Windows Server 2003, Standard
32 Гбайт, 1-4 CPU
Windows Server 2003, Enterprise
64 Гбайт, 1-8 CPU
Windows Server 2003, Datacenter
Windows Server 2008, Datacenter
64 Гбайт, 2-64 CPU
2 Тбайт, 2-64 CPU
Windows Server 2008, Enterprise
64 Гбайт, 1-8 CPU
Windows Server 2008, Standard
32 Гбайт, 1-4 CPU
Windows Server 2008, Web Server
32 Гбайт, 1-4 CPU
Vista Home Basic
Vista Home Premium
16 Гбайт, 1-2 CPU
128 Гбайт, 1-2 CPU
128 Гбайт, 1-2 CPU
128 Гбайт, 1-2 CPU
Таблица 4.Ограничения различных версий Windows.
Также как и в Win32 размер страницы составляет 4Кб. Первые 64Кб адресного пространства никогда не отображаются, т.е. наименьший правильный адрес это 0x10000. В отличие от Win32, системные DLL загружаются выше 4Гб.
Все процессоры, реализующие AMD64, имеют поддержку для "CPU No Execution" бита, который Windows использует для реализации аппаратной технологии "Data Execution Protection" (DEP), которая запрещает исполнение пользовательских данных вместо кода. Это позволяет повысить надежность программ, исключая влияние ошибок типа выполнения буфера с данными как кода.
Особенность компиляторов для AMD64 в том, что они могут наиболее эффективно использовать регистры для передачи параметров в функции, вместо использования стека. Это позволило разработчикам Win64 архитектуры избавиться от такого понятия как соглашение о вызовах (calling convention). В Win32 можно использовать разные соглашения (способы передачи параметров): __stdcall, __cdecl, __fastcall и т.д. В Win64 есть только одно соглашение о вызовах. Рассмотрим пример, как передаются в регистрах четыре аргумента типа integer:
- RCX: первый аргумент
- RDX: второй аргумент
- R8: третий аргумент
- R9: четвертый аргумент
Аргументы после первых четырех integer передаются на стеке. Для float аргументов используются XMM0-XMM3 регистры, а также стек.
Разница в соглашениях о вызове приводит к тому, что в одной программе нельзя использовать и 64-битный, и 32-битный код. Другими словами, если приложение скомпилировано для 64-битного режима, то все используемые библиотеки (DLL) также должны быть 64-битными.
При написании 64-битного кода можно получить дополнительный выигрыш в производительности за счет специальной оптимизации. Подробно этот вопрос рассмотрен в руководстве по оптимизации [3].
1.1. Описание архитектуры
Архитектура AMD x86-64 простое, но в то же время мощное обратно-совместимое расширение устаревшей промышленной архитектуры x86 [1]. Она добавляет 64-битное адресное пространство и расширяет регистровые ресурсы для поддержки большей производительности для перекомпилированных 64-битных программ, обеспечивая поддержку устаревшего 16-битного и 32-битного кода приложений и операционных систем без их модификации или перекомпиляции.
Необходимость 64-битной x86 архитектуры определяется приложениями, которым необходимо большое адресное пространство. Это высокопроизводительные серверы, системы управления базами данных, CAD-системы и конечно игры. Такие приложения получат преимущество от 64-битного адресного пространства и увеличения количества регистров. Малое количество регистров, доступное в устаревшей x86 архитектуре ограничивает производительность в вычислительных задачах. Увеличенное количество регистров обеспечивает достаточную производительность для многих приложений.
Архитектура x86-64 вводит две новые особенности:
1. расширенные регистры (рисунок 1):
2. специальный режим "Long Mode" (устоявшегося перевода пока нет), который представлен в таблице 1:
- до 64-бит виртуальных адресов;
- 64-битные указатель команд (RIP);
- плоское (flat) адресное пространство.
Рисунок 1. Набор регистров x86-64
Таблица 1. Режимы работы процессора
Таблица 2 содержит сравнение ресурсов регистров и стека, доступных приложению в различных режимах. Левые колонки показывают ресурсы устаревшей x86 архитектуры, которые доступны только для совместимости. Правые колонки показывают ресурсы доступные в 64-битном режиме. Серым цветом показано отличие между режимами.
Таблица 2. Регистры и стек, доступные в различных режимах
Как показано в таблице 2, устаревшая архитектура x86 (такой режим называется legacy mode в x86-64) поддерживает 8 регистров общего назначения. Однако в действительности, в основном, используются лишь 4 регистра EAX, EBX, ECX, EDX. Регистры EBP, ESI, EDI, ESP имеют специальное назначение. Архитектура x86-64 добавляет 8 новых регистров общего назначения и увеличивает размер регистров с 32-х до 64-х бит. Это позволяет компиляторам повышать производительность кода. 64-битный компилятор может лучше использовать регистры для хранения переменных. Компилятор также может минимизировать обращения к памяти, локализуя работу внутри регистров общего назначения.
Архитектура x86-64 поддерживает весь набор инструкций x86 и добавляет некоторые новые инструкции для поддержки long-режима. Команды разбиты на несколько подмножеств:
Некоторые из этих команд соединяют два или более подмножества описанных выше команд. Например, это команды пересылки данных между регистрами общего назначения и XMM или MMX регистрами.
Рассмотрим более подробно представленные в таблице 1 режимы работы, поддерживаемые архитектурой x86-64. В большинстве случаев размеры адресов и операндов могут быть перекрыты префиксом команды.
Сначала опишем long-режим. Это расширение устаревшего защищенного (protected) режима. Long-режим состоит из двух подвидов: 64-битный режим и режим совместимости. 64-битный режим поддерживает все новые возможности и регистровые расширения, введенные в x86-64. Режим совместимости поддерживает бинарную совместимость с существующим 16-битным и 32-битным кодом. Long-режим не поддерживает устаревший реальный (real) режим или устаревший виртуальный (virtual-8086) режим, а также не поддерживает аппаратное переключение задач.
Поскольку 64-битный режим поддерживает 64-битное адресное пространство, то для его работы необходимо использовать новую 64-битную операционную систему. Существующие приложения при этом могут запускаться без перекомпиляции в режиме совместимости под операционной системой, работающей в 64-битном режиме. Для 64-битной адресации команд используется 64-битный регистр (RIP) и новый режим адресации с единым плоским (flat) адресным пространством и единым пространством для кода, стека и данных.
64-битный режим реализует поддержку расширенных регистров через новую группу префиксов команд REX.
В 64-битном режиме размер адресов по умолчанию 64 бита, однако реализации x86-64 могут иметь меньший размер. Размер операнда по умолчанию 32 бита. Для большинства инструкций размер операнда по умолчанию может быть перекрыт с использованием префикса команд типа REX.
64-битный режим обеспечивает адресацию данных относительно 64-битного регистра RIP. x86 архитектура обеспечивала адресацию относительно IP регистра только в командах передачи управления. RIP-относительная адресация повышает эффективность позиционно-независимого кода и кода, который адресует глобальные данные.
Несколько кодов операций (opcode) команд были переопределены для поддержки расширенных регистров и 64-битной адресации.
Режим совместимости предназначен для выполнения в 64-битной операционной системе существующих 16-битных и 32-битных программ. Приложения запускаются в режиме совместимости с использованием 32- или 16-битного адресного пространства и могут иметь доступ к 4Гб виртуального адресного пространства. Префиксы команд могут переключать 16- и 32-битные адреса и размеры операндов.
С точки зрения приложения, режим совместимости выглядит как устаревший защищенный режим x86, однако с точки зрения операционной системы (трансляция адресов, обработки прерываний и исключений) используются 64-битные механизмы.
Устаревший (legacy) режим обеспечивает бинарную совместимость не только с 16- и 32-битными приложениями, но и с 16- и 32-битными операционными системами. Он включает в себя три режима:
- Защищенный (protected) режим. Поддерживаются 16- и 32-битные программы с сегментной организацией памяти, поддержкой привилегий и виртуальной памяти. Адресное пространство - 4Гб.
- Виртуальный (virtual-8086) режим. Поддерживает 16-битные приложения, запускаемые как задачи в защищенном режиме. Адресное пространство - 1Мб.
- Реальный (real) режим. Поддерживает 16-битные программы с простой регистровой адресацией сегментированной памяти. Не поддерживается виртуальная память или привилегии. Доступно 1Мб памяти.
Устаревший (legacy) режим используется только при работе 16- и 32-битных операционных систем.
Адресное пространство
Хотя 64-битный процессор теоретически может адресовать 16 экзабайт памяти (2^64), Win64 в настоящий момент поддерживает 16 терабайт (2^44). Этому есть несколько причин. Текущие процессоры могут обеспечивать доступ лишь к 1 терабайту (2^40) физической памяти. Архитектура (но не аппаратная часть) может расширить это пространство до 4 петабайт (2^52). Однако в этом случае необходимо огромное количество памяти для страничных таблиц, отображающих память.
Помимо перечисленных ограничений, объем памяти, который доступен в той или иной версии 64-битной операционной системе Windows зависит также от коммерческих соображений компании Microsoft. Ниже приведена информация по объему памяти, поддерживаемой различными версиями 64-биными версиями Windows:
Windows XP Professional - 128 Gbyte;
Windows Server 2003, Standard - 32 Gbyte;
Windows Server 2003, Enterprise - 1 Tbyte;
Windows Server 2003, Datacenter - 1 Tbyte;
Windows Server 2008, Datacenter - 2 Tbyte;
Windows Server 2008, Enterprise - 2 Tbyte;
Windows Server 2008, Standard - 32 Gbyte;
Windows Server 2008, Web Server - 32 Gbyte;
Vista Home Basic - 8 Gbyte;
Vista Home Premium - 16 Gbyte;
Vista Business - 128 Gbyte;
Vista Enterprise - 128 Gbyte;
Vista Ultimate - 128 Gbyte;
Windows 7 Home Basic - 8 Gbyte;
Windows 7 Home Premium - 16 Gbyte;
Windows 7 Professional - 192 Gbyte;
Windows 7 Enterprise - 192 Gbyte;
Windows 7 Ultimate - 192 Gbyte;
Программная модель Win64
Также как и в Win32 размер страниц в Win64 составляет 4Кб. Первые 64Кб адресного пространства никогда не отображаются, то есть наименьший правильный адрес это 0x10000. В отличие от Win32, системные DLL загружаются выше 4Гб.
Особенность компиляторов для Intel 64 в том, что они могут наиболее эффективно использовать регистры для передачи параметров в функции, вместо использования стека. Это позволило разработчикам Win64 архитектуры избавиться от такого понятия как соглашение о вызовах (calling convention). В Win32 можно использовать разные соглашения: __stdcall, __cdecl, __fastcall и так далее. В Win64 есть только одно соглашение о вызовах. Рассмотрим пример, как передаются в регистрах четыре аргумента типа integer:
- RCX: первый аргумент
- RDX: второй аргумент
- R8: третий аргумент
- R9: четвертый аргумент
Аргументы после первых четырех integer передаются на стеке. Для float аргументов используются XMM0-XMM3 регистры, а также стек.
Разница в соглашениях о вызове приводит к тому, что в одной программе нельзя использовать и 64-битный, и 32-битный код. Другими словами, если приложение скомпилировано для 64-битного режима, то все используемые библиотеки (DLL) также должны быть 64-битными.
Передача параметров через регистры является одним из новшеств, делающих 64-битные программы более производительными, чем 32-битные. Дополнительный выигрыш в производительности можно получить, используя 64-битные типы данных.
1.2. Достоинства архитектуры
Подчеркнем основные достоинства архитектуры AMD x86-64:
- 64-битное адресное пространство.
- Расширенный набор регистров.
- Привычный для разработчиков набор команд.
- Возможность запуска старых 32-битных приложений в 64-битной операционной системе.
- Возможность использования 32-битных операционных систем.
Архитектура Intel 64 (AMD64)
Рассматриваемая архитектура Intel 64 простое, но в то же время мощное обратно совместимое расширение устаревшей промышленной архитектуры x86. Она добавляет 64-битное адресное пространство и расширяет регистровые ресурсы для поддержки большей производительности перекомпилированных 64-битных программ. Архитектура обеспечивает поддержку устаревшего 16-битного и 32-битного кода приложений и операционных систем без их модификации или перекомпиляции.
Отличительной особенностью Intel 64 является поддержка шестнадцати 64-битных регистров общего назначения (в x86-32 имелось восемь 32-битных регистров). Поддерживаются 64-битные арифметические и логические операции над целыми числами. Поддерживаются 64-битные виртуальные адреса. Для адресации новых регистров для команд введены "префиксы расширения регистра", для которых был выбран диапазон кодов 40h-4Fh, использующихся для команд INC и DEC в 32- и 16-битных режимах. Команды INC и DEC в 64-битном режиме должны кодироваться в более общей, двухбайтовой форме.
16 целочисленных 64-битных регистра общего назначения (RAX, RBX, RCX, RDX, RBP, RSI, RDI, RSP, R8 — R15),
8 80-битных регистров с плавающей точкой (ST0 — ST7),
8 64-битных регистров Multimedia Extensions (MM0 — MM7, имеют общее пространство с регистрами ST0 — ST7),
64-битный указатель RIP и 64-битный регистр флагов RFLAGS.
Необходимость 64-битной архитектуры определяется приложениями, которым необходимо большое адресное пространство. В первую очередь это высокопроизводительные серверы, системы управления базами данных, САПР и, конечно, игры. Такие приложения получат существенные преимущества от 64-битного адресного пространства и увеличения количества регистров. Малое количество регистров, доступное в устаревшей x86 архитектуре, ограничивает производительность в вычислительных задачах. Увеличенное количество регистров обеспечивает достаточную производительность для многих приложений.
Подчеркнем основные достоинства архитектуры x86-64:
- 64-битное адресное пространство;
- расширенный набор регистров;
- привычный для разработчиков набор команд;
- возможность запуска старых 32-битных приложений в 64-битной операционной системе;
- возможность использования 32-битных операционных систем.
WoW64
Windows-on-Windows 64-bit (WoW64) - подсистема операционной системы Windows, позволяющая запускать 32-битные приложения на всех 64-битных версиях Windows.
Подсистема WoW64 не поддерживает следующие программы:
- программы, скомпилированные для 16-разрядных операционных систем;
- программы режима ядра, скомпилированные для 32-разрядных операционных систем.
Существуют различия WoW64 в зависимости от архитектуры процессора. Например, 64-битная версия Windows разработанная для процессора Intel Itanium 2 использует WoW64 для эмуляции x86 инструкций. Такая эмуляция весьма ресурсоемка по сравнению с WoW64 для архитектуры Intel 64, так как происходит переключение с 64-битного режима в режим совместимости, при выполнении 32-битных программ.
WoW64 на архитектуре Intel 64 (AMD64 / x64) не требует эмуляции инструкций. Здесь подсистема WoW64 эмулирует только 32-битное окружение, за счет дополнительной прослойки между 32-битным приложением и 64-битным Windows API. Где-то эта прослойка тонкая, где-то не очень. Для средней программы потери в производительности из-за наличия такой прослойки составят около 2%. Для некоторых программ это значение может быть больше. Два процента это немного, но следует учитывать, что 32-битные приложения работают немного медленнее под управлением 64-битной операционной системы Windows, чем в 32-битной среде.
Компиляция 64-битного кода не только исключает необходимость в WoW64, но и дает дополнительный прирост производительности. Это связано с архитектурными изменениями в микропроцессоре, такими как увеличение количества регистров общего назначения. Для средней программы можно ожидать в пределах 5-15% прироста производительности от простой перекомпиляции.
Подсистема WoW64 изолирует 32-разрядные программы от 64-разрядных путем перенаправления обращений к файлам и реестру. Это предотвращает случайный доступ 32-битных программ к данным 64-битных приложений. Например, 32-битное приложение, которое запускает файл DLL из каталога %systemroot%\System32, может случайно обратиться к 64-разрядному файлу DLL, который несовместим с 32-битной программой. Во избежание этого подсистема WoW64 перенаправляет доступ из папки %systemroot%\System32 в папку %systemroot%\SysWOW64. Это перенаправление позволяет предотвратить ошибки совместимости, поскольку при этом требуется файл DLL, созданный специально для работы с 32-разрядными приложениями.
Подробнее с механизмами перенаправления файловой системы и реестра можно познакомиться в разделе MSDN "Running 32-bit Applications".
64-битные операционные системы
Практически все современные операционные системы сейчас имеют версии для архитектуры Intel 64. Например, Microsoft предоставляет Windows XP x64. Крупнейшие разработчики UNIX систем также поставляют 64-битные версии, как, например, Linux Debian 3.5 x86-64. Однако это не означает, что весь код такой системы является полностью 64-битным. Часть кода ОС и многие приложения вполне могут оставаться 32-битными, так как Intel 64 обеспечивает обратную совместимость. Так, 64-битная версия Windows использует специальный режим WoW64 (Windows-on-Windows 64), который транслирует вызовы 32-битных приложений к ресурсам 64-битной операционной системы.
3. Перенос приложений на AMD64
Одним из назначений языков высокого уровня является по возможности сократить привязку программного кода к архитектуре и обеспечить максимально возможную переносимость между аппаратными платформами. Например, правильно написанные программы на языке Си++ теоретически не зависят от аппаратной платформы. И для компиляции существующих 32-битный приложений под платформу AMD64 в идеале достаточно просто сменить компилятор [4] и просто перекомпилировать программу. Но на практике дела обстоят более сложно.
До сих пор существует программное обеспечение, использующий ассемблерный код для 32-битных процессоров. Многие программы, написанные на языках высокого уровня, содержат ассемблерные вставки. Поэтому просто перекомпилировать большой проект часто бывает невозможно. Решение проблемы понятно. Во-первых, можно отказаться от переноса приложения на новую платформу. Это может быть весьма разумным решением, так как, например операционные системы семейства Windows обеспечивают хорошую обратную совместимость, благодаря технологии Wow64. Второй вариант - переписать программный код. Причем разумным выглядит его переписывание с использованием языков высокого уровня. Кстати заметим, что компилятор Visual C++ более не поддерживает компиляцию ассемблерных вставок в 64-битном режиме компиляции [5].
Наличие ассемблерного программного кода не единственное препятствие при освоении 64-битных систем. При переносе программ на 64-битные системы возникают разнообразные ошибки, связанные с изменением модели данных (размерности типов). Причем ряд ошибок проявляет себя только при использовании большого объема памяти, который был не доступен на 32-битных системах. Подобные ошибки хорошо описаны в статье "20 ловушек переноса Си++ - кода на 64-битную платформу" [6].
Для тестирования и проверки программного кода, переносимого на 64-битную платформу можно использовать различные специальные методики и инструменты [7]. Например, хорошие результаты дает использование статических анализаторов, таких как Viva64 (для Windows систем) и PC-Lint (для Unix систем). Более подробно с этим инструментарием можно познакомиться в статье "Сравнение диагностических возможностей анализаторов при проверке 64-битного кода" [8].
История 64-битных систем
64-битность только недавно вошла в жизнь большинства пользователей и прикладных программистов. Однако работа с 64-битными данными имеет уже длинную историю.
1961: IBM выпускает суперкомпьютер IBM 7030 Stretch, в котором используются 64-битные слова данных, 32-битные или 64-битные машинные инструкции.
1974: Control Data Corporation запускает векторный суперкомпьютер CDC Star-100, в котором используется архитектура 64-битных слов (предыдущие системы CDC имели 60-битную архитектуру).
1976: Cray Research выпускает первый суперкомпьютер Cray-1, в котором реализована архитектура 64-битных слов и который послужит основой для всех последующих векторных суперкомпьютеров Cray.
1985: Cray выпускает UNICOS - первую 64-битную реализацию операционной системы Unix.
1991: MIPS Technologies производит первый 64-битный процессор, R4000, в котором реализована третья модификация разработанной в их компании архитектуры MIPS. Этот процессор используется в графических рабочих станциях SGI начиная с модели IRIS Crimson. Kendall Square Research выпускает свой первый суперкомпьютер KSR1, построенный на основе их собственной запатентованной 64-битной архитектуры RISC под операционной системой OSF/1.
1992: Digital Equipment Corporation (DEC) представляет полностью 64-битную архитектуру Alpha - детище проекта PRISM.
1993: DEC выпускает 64-битную Unix-подобную операционную систему DEC OSF/1 AXP (позже переименованную в Tru64 UNIX) для своих систем, построенных на архитектуре Alpha.
1995: Sun запускает 64-битный процессор семейства SPARC UltraSPARC. HAL Computer Systems, подчиненная Fujitsu, запускает рабочие станции, созданные на основе 64-битного процессора SPARC64 первого поколения, независимо разработанного компанией HAL. IBM выпускает микропроцессоры A10 и A30, а также 64-битные процессоры PowerPC AS. IBM также выпускает 64-битное обновление для системы AS/400, способное преобразовывать операционную систему, базы данных и приложения.
1996: Nintendo представляет игровую консоль Nintendo 64, созданную на основе более дешевого варианта MIPS R4000. HP выпускает реализацию 64-битной 2.0 версии собственной архитектуры PA-RISC PA-8000.
1997: IBM запускает линейку RS64 64-битных процессоров PowerPC/PowerPC AS.
1998: Sun выпускает Solaris 7 с полной 64-битной поддержкой UltraSPARC.
1999: Intel выпускает набор команд для архитектуры IA-64. AMD публично объявляет о своем наборе 64-битных расширений для IA-32, который был назван x86-64 (позже переименован в AMD64).
2000: IBM выпускает свой первый 64-битный мэйнфрейм zSeries z900, совместимый с ESA/390, а также новую операционную систему z/OS.
2001: Intel наконец запускает линейку 64-битных процессоров, которые теперь получают название Itanium и рассчитаны на высокопроизводительные серверы. Проект не соответствует ожиданиям из-за многочисленных задержек при выпуске IA-64 на рынок. NetBSD становится первой операционной системой, которая запускается на процессоре Intel Itanium после его выхода. Кроме того, Microsoft также выпускает Windows XP 64-Bit Edition для архитектуры IA-64 семейства Itanium, хотя в ней сохраняется возможность запускать 32-битные приложения при помощи прослойки WoW64.
2003: AMD представляет линейки процессоров Opteron и Athlon 64, созданные на основе архитектуры AMD64, которая является первой 64-битной процессорной архитектурой, основанной на архитектуре x86. Apple начинает использовать 64-битный процессор "G5" PowerPC 970 производства IBM. Intel утверждает, что процессорные чипы семейства Itanium останутся единственными 64-битными процессорами, разработанными в их компании.
2004: В ответ на коммерческий успех AMD, Intel признается, что они разрабатывали клон расширений AMD64, которому дали название IA-32e (позже переименован в EM64T, и затем еще раз в Intel 64). Intel также выпускает обновленные версии семейств процессоров Xeon и Pentium 4 с поддержкой новых команд.
2004: VIA Technologies представляет свой 64-битный процессор Isaiah.
2005: 31 января Sun выпускает Solaris 10 с поддержкой процессоров AMD64 / Intel 64. 30 апреля Microsoft выпускает Windows XP Professional x64 Edition для процессоров AMD64 / Intel 64.
2006: Sony, IBM и Toshiba начинают выпуск 64-битного процессора Cell для PlayStation 3, серверов, рабочих станций и других устройств. Microsoft выпускает Windows Vista с включенной 64-битной версией для процессоров AMD64 / Intel 64, которая поддерживает 32-битную совместимость. Все Windows-приложения и компоненты являются 64-битными, однако многие из них имеют 32-битные версии, включенные в систему в виде плагинов в целях совместимости.
2009: Как и Windows Vista, Windows 7 компании Microsoft включает полную 64-битную версию для процессоров AMD64 / Intel 64, и на большинство новых компьютеров по умолчанию устанавливается 64-битная версия. Выходит операционная система компании Apple macOS X 10.6, "Snow Leopard" которая имеет 64-битное ядро и предназначена для процессоров AMD64 / Intel 64, однако по умолчанию эта система устанавливается только на некоторые из последних моделей компьютеров компании Apple. Большинство приложений, поставляемых с macOS X 10.6, теперь также являются 64-битными.
Более подробно с историей развития 64-битных систем можно познакомиться в статье Джона Машей "Долгая дорога к 64 битам" [1] и в энциклопедической статье в Wikipedia "64-bit" [2].
Адресное пространство
Хотя 64-битный процессор теоретически может адресовать 16 экзабайт памяти (2^64), Win64 в настоящий момент поддерживает 16 терабайт (2^44). Этому есть несколько причин. Текущие процессоры могут обеспечивать доступ лишь к 1 терабайту (2^40) физической памяти. Архитектура (но не аппаратная часть) может расширить это пространство до 4 петабайт (2^52). Однако в этом случае необходимо огромное количество памяти для страничных таблиц, отображающих память.
Помимо перечисленных ограничений, объем памяти, который доступен в той или иной версии 64-битной операционной системе Windows, зависит также от коммерческих соображений компании Microsoft. Различные версии Windows имеют различные ограничения, представленные в таблице.
Таблица 1 - Поддерживаемый объем оперативной памяти в различных версиях Windows
Разработка 64-битных приложений
Наиболее полно вопросы разработки 64-битных приложений рассмотрены в курсе "Уроки разработки 64-битных приложений на языке Си/Си++". Содержание:
Заключение
Предложенная компанией AMD архитектура AMD64 несомненно оказалась востребованной на рынке. Достоинство AMD64 в том, что она позволяет плавно перейти на 64-битные программы, при этом не теряя совместимости со старыми 32-битными приложениями. Однако ничего революционного в AMD64 нет.
Миграция 32-битных программ на AMD64, как показывают эксперименты, позволяет, во-первых, решать задачи, существенно более требовательные к памяти, а, во-вторых, получить порядка 10% прироста производительности "просто так", без изменения кода, за счет оптимизации компилятором приложения под новую архитектуру.
Можно сделать вывод, что архитектура AMD64 на много лет отодвинула проблему ограничения доступного объема оперативной памяти, но не решила проблем роста производительности современных персональных машин. Будущее остается за многоядерными и многопроцессорными системами.
Статья раскрывает смысл термина "64 бита". В статье кратко рассмотрена история развития 64-битных систем, описаны наиболее распространенные на данный момент 64-битные процессоры архитектуры Intel 64 и 64-битная операционная система Windows.
Читайте также: