Какая максимальная разрядность современных процессоров
Берём всё бесконечное и неопределимое множество возможных реализаций микропроцессора и выделяем ключевые параметры, определяющие его архитектуру:
R — разрядность (ширина единицы памяти в битах)
A — количество адресуемых единиц памяти (объём адресного пространства)
C — количество исполняемых команд (объём командного пространства)
Задаём ключевое условие, способствующее целостности и завершённости информационной модели (и как следствие — эффективности и удобству в использовании устройства, реализованного на её базе):
A = C = 2 ^ R
Соблюдение данного условия означает, что любая ячейка способна вместить адрес любой другой ячейки, а также содержит исчерпывающую информацию о выполняемом действии. Уменьшение адресного пространства чревато ссылками на несуществующую память, а увеличение — избыточной информацией, необходимой для обеспечения возможности адресовать всю память. То же самое с командным пространством. Таким образом наше гипотетическое множество не перестаёт быть бесконечным, зато становится более определимым.
Существуют ли другие условия, удовлетворяющие перечисленным выше критериям и очевидные без углубления в детали разработки низкоуровневой архитектуры? Да, по крайней мере одно такое условие существует:
R = 2 ^ n
Соблюдение данного условия означает, что для задания номера любого бита в ячейке требуется целое число бит (опять же, избыток или недостаток здесь нежелателен из соображений удобства написания и надёжности работы машинного кода).
Очевидно, что n=4 — это минимальное приемлемое значение, поскольку 256 байт памяти при n=3 годится разве что для программирования ёлочных гирлянд. При n=5 получаем объём памяти, соответствующий последним достижениям в сфере ИТ. Но если считать главным назначением памяти, адресуемой процессором, хранение машинного кода (движка), а данные, которыми манипулирует этот движок, вынести за пределы адресного пространства (то есть если исходить из представления, что их носителями будут внешние устройства), то такой объём памяти (16 Гб) будет явно избыточным. Действительно, в ОЗУ современных компьютеров на долю машинного кода приходится лишь малая части памяти, всё остальное — данные. Кроме того, разделение кода и данных на аппаратном уровне вполне согласуется с представлением о хорошем стиле как проектирования микропроцессора, так и программирования на его асемблере. В мегабит машинного кода, написанного на эффективном асме (при условии вынесения данных за пределы адресуемого процессором ОЗУ), можно вместить полноценную ОСь. Если же этой памяти окажется недостаточно (например, для реализации многозадачности), можно использовать несколько процессоров, ведь «разделение труда» в области ИТ тоже, как правило, способствует удобству разработки программ и эффективности их функционирования. В принципе, для реализации многозадачности ничего не мешает обойтись и одним процессором: можно, скажем, реализовать быстрый интерфейс обмена данными между ОЗУ и внешней памятью — благо, небольшой объём ОЗУ позволяет обновлять его не последовательно, а параллельно (одним «кадром»), так что любой участок процессорной памяти можно будет перезаписать за считанные такты.
Я это всё к тому, что любые препятствия, вызванные ограничением объёма адресуемой памяти до одного мегабита, несложно обойти посредством аппаратной реализации обмена данными с внешней памятью. Преимуществу же использования именно шестнадцатиразрядной архитектуры, помимо приведённых выше соображений, можно дать формальное обоснование, а именно:
R % n = 0
Соблюдение данного условия означает, что в одной ячейке памяти можно разместить целое число значений в диапазоне [ 0..R-1 ] (например, для n=5 это условие не соблюдается — в данном случае R, равное 32-м битам, не делится на 5 без остатка). Поскольку разрядность процессора является фундаментальным параметром, такое свойство может оказаться в дальнейшем весьма полезным.
Ну и наконец главным аргументом в пользу числа 16, положенного в основу низкоуровневой архитектуры, является то обстоятельство, что оно задаёт оптимальный объём командного пространства — примером тому может послужить процессор PDP-11 (впрочем как и большинство современных процессоров, расширение разрядности которых практически не сказалось на их системе команд).
Для наглядности приведу последовательность, отражающую фундаментальность приведённых выше обоснований:
2 ^ 0 = 1
2 ^ 1 = 2
2 ^ 2 = 4 ( = n )
2 ^ 4 = 16 ( = R )
2 ^ 16 = 65536 ( = A = C )
Стоит также упомянуть о том, что с тех пор как ИТ начали развиваться бешенными темпами, не было предложено, пожалуй, ни одного завершённого решения. Даже PDP-11 (в моём представлении наиболее удачная реализация) вряд ли использует командное пространство больше, чем на 50% — довольно значительную его часть составляет резервный код, а также способы адресации, формально допустимые (так как попадают под общие правила), но реально неиспользуемые, поскольку они либо приводят к гарантированному зависанию программы ( MOV -(PC),… ), либо просто бесполезны ( MOV R1,R1 ).
Другими словами, в области информационных технологий до сих пор не изобрели «колесо», ну или все они не совсем «круглые» — что делает «езду на велосипеде» не совсем удобной. Возможно именно по этой причине «первобытные» компьютеры (БК, ДВК, Спектрум, . ) и по сей день пользуются большим спросом. Мне, например, как человеку, искушённому в программировании, современные программные технологии, при всей их мощности и надёжности, напоминают Франкенштейна, вызывая противоречия эстетического характера. Хотя это скорее радует, чем огорчает, ибо изобретение неизобретённых колёс является моим хобби. Возможно, не один я задумываюсь в этом направлении и кто-нибудь ещё сочтёт такое занятие интересным.
Целью данной статьи является попытка посеять сомнение в голове читателя, уверенного, что он знает о разрядности всё или почти всё. Но сомнение должно быть конструктивным, дабы сподвигнуть на собственное исследование и улучшить понимание.
Термин «разрядность» часто используют при описании вычислительных устройств и систем, понимая под этим число бит, одновременно хранимых, обрабатываемых или передаваемых в другое устройство. Но именно применительно к центральным процессорам (ЦП), как к наиболее сложным представителям вычислительного железа, не делимым на отдельные детали (до тех пор, пока кто-то не придумал, как продать отдельно кэш или умножитель внутри чипа), понятие разрядности оказывается весьма расплывчатым. Продемонстрировать это поможет умозрительный пример.
Представьте себе, что вокруг благодатные 80-е, в мире (всё ещё) десятки производителей ЦП, и вы работаете в одном из них над очередным поколением. Никаких 256-битных SSE8, встроенных GPU и 5-канальных контроллёров памяти на свете пока нет, но у вас уже есть готовый 16-битный процессор (точнее, «16-битный» пишется в технической документации), в котором 16 бит везде и во всём — от всех внешних шин до архитектурного размера обрабатываемых данных. Реальным примером такого ЦП могут быть первые однокорпусные (правда, не однокристальные) ЦП для архитектуры DEC PDP-11. И вот приходит задание руководства — разработать новое, обратно совместимое поколение этого же ЦП, которое будет 32-битным — не уточняя, что понимается под последним. Именно это понимание и предстоит прояснить в первую очередь. Итак, наш главный вопрос: что именно надо удвоить по разрядности в нашем пока насквозь 16-битном ЦП, чтобы получившийся процессор мог называться 32-битным? Чтобы решать задачу было легче, применим два подхода: систематизируем определения и посмотрим на примеры.Систематизируем
Первое, что приходит в голову — разрядность чего именно считать? Обратимся к определению любой информационной системы: её три основных функции — это обработка, хранение и ввод-вывод данных, за которые отвечают, соответственно, процессор(ы), память и периферия. Учитывая, что сложная иерархически самоподобная система состоит из многих компонент, можно утверждать, что такое разделение функций сохраняется и на компонентном уровне. Например, тот же процессор в основном обрабатывает данные, но он также обязан их хранить (для чего у него есть относительно небольшая память) и обмениваться с другими компонентами (для этого есть разные шины и их контроллёры). Поэтому будем функционально разделять разрядности обработки, хранения и обмена информации.
Рискну предположить, что все производители любого программируемого «железа», особенно процессоров, на 90% стараются не для конечных пользователей, а для программистов. Следовательно, с точки зрения производителей процессор должен выполнять нужные команды нужным образом. С другой стороны, детали структуры кристалла (топологические, электрические и физические параметры отдельных транзисторов, вентилей, логических элементов и блоков) могут быть скрыты не только от пользователя, но и от программиста. Выходит, что разрядность надо отличать и по реализации — физическую и архитектурную.
Следует добавить, что программисты тоже бывают разные: большинство пишут прикладные программы на языках высокого уровня с помощью компиляторов (что делает код до некоторой степени платформонезависимым), некоторые пишут драйверы и компоненты ОС (что заставляет более внимательно относиться к учёту реальных возможностей аппаратной части), есть творцы на ассемблере (явно требующем знания целевого процессора), а кто-то пишет сами компиляторы и ассемблеры (аналогично). Поэтому под программистами далее будем понимать именно тех, для кого детали аппаратной реализации важны если не для написания программы вообще, то хотя бы для её оптимизации по скорости — «архитектурная» разрядность чего-либо будет относиться именно к программированию на родном машинном языке процессора или более удобном ассемблере, не залезая при этом в нутро ЦП (это уже вопросы микроархитектуры, которую мы для большего различия и назвали физической реализацией). Описанные нюансы всё равно влияют на всех программистов, т.к. языки высокого уровня почти всегда переводятся компиляторами в машинный код, а компиляторы тоже должен кто-то написать. Исключения в виде интерпретируемых языков тоже не стоят в стороне — сами интерпретаторы тоже создаются с помощью компиляторов.
Осталось рассмотреть, разрядность какой именно информации нам интересна. Что вообще потребляет и генерирует ЦП в информационном смысле? Команды, данные, адреса и сигнально-управляющие коды. О последних речь не идёт — их разрядность жёстко зафиксирована в конкретной аппаратной реализации и в большинстве случаев программно не управляема. Чуть трудней с командами — в семействе архитектур RISC, например, разрядность любого обращения к памяти должна быть равна физической разрядности шины данных процессора, в т.ч. и при считывании кода (кроме некоторых послаблений в современных ARM и PowerPC). Это хорошо для ЦП — нет проблем с невыровненным доступом, все команды имеют одинаковую, либо переменную, но просто вычисляемую длину. Зато плохо для программиста — RISC это усечённый набор команд, которые ещё и занимают больше места, чем при более компактном кодировании (для того же алгоритма нужно больше команд, но и для того же числа команд надо больше байтов). Поэтому именно CISC-парадигма завоевала наибольший подход с её разнообразием и переменной длинной команд, не равной разрядности чего-либо. Разумеется, все современные ЦП внутри — настоящие RISC, но это только физически, а не архитектурно. Остались только два вида информации — данные и адреса. Их и рассмотрим.Собираем
У нас имеется три критерия видов разрядности: функциональный (обработки, хранения и обмена), реализационный (физическая и архитектурная) и типовой (данных и адресов). Итого уже 12 видов этой непонятной штуки. Предположим, что на каждую комбинацию критериев для нашего исходного ЦП мы отвечаем «16-битная» (и физическая разрядность обработки данных, и архитектурная хранения адресов, и все остальные). Теперь посмотрим, какие из этих вопросов обязательно должны давать ответ «32-битная», чтобы получившийся процессор оказался именно таким.
На аналогичные вопросы об архитектурных вычислениях над 32-битными данными и адресами, а также программно 32-битном обмене данных с программно 32-битной адресацией ответ может быть таким же — с данными надо, а с адресами не факт.
Intel 486DX2. Где-то здесь притаилась разрядность…
Но это ещё не всё. Зачем нам вообще 32-битная физическая или логическая адресация? Середина-конец 80-х, на рынке только-только появились мегабитные микросхемы памяти, типичный объём памяти для ПК пока что измеряется сотнями килобайт, но чуть позже — мегабайтами. А 32-битная адресация позволит получить доступ к 4 ГБ физического ОЗУ! Да кому вообще такое может понадобиться в ближайшие лет 20 в персоналках?! Неудивительно, что первые популярные «32-битные» ЦП имели совсем не 32 бита логической ширины шины адреса: MC68000 имел 24 (23 физических + 1 для управления разрядами), а MC68008 — и вовсе 20. Intel 386SX (вышедший на 3 года позже оригинального полностью 32-битного i80386), помимо уполовинивания шины данных, сократил и шину адреса до 24 (23 физических) бит, а его встраиваемые версии 386EX/CX имели 26-битную шину. Более того, первые чипсеты, позволявшие оперировать 32-битными адресами, появились лишь в 90-х, а первые материнские платы, имевшие достаточное число слотов памяти, чтобы набрать >4 ГБ модулями максимального на тот момент размера — лишь в 2000-х. Хотя первые ЦП с 64-битной физической шиной адреса (IBM/Motorola PowerPC 620) появились аж в 1994 г.. Выводим
Итак, физически в процессоре вообще ничего не требуется делать 32-битным. Достаточно лишь архитектурно убедить программиста, что ЦП выполняет 32-битные операции одной командой. И хотя она при отсутствии полноценных внутренних ресурсов неизбежно будет декодироваться в цепочки микрокода для управления 16-битными физическими порциями информации и аппаратными блоками — это уже программиста не волнует. Так что же, достаточно переписать прошивку, переделать декодер и схему управления, и вот наш 16-битный процессор сразу стал 32-битным?
Но означает ли всё это, что в ЦП как можно больше ресурсов, и аппаратных, и архитектурных, должны быть 32-битными, чтобы его можно было бы назвать полноценным 32-битным процессором? Совсем нет. Возьмём тот же MC68000 — у него 32-битная архитектура для данных и адресов и 32-битные регистры, но 16-битные АЛУ и внешняя шина данных и 24-битная физическая внешняя адресация. Тем не менее, недостаточная «32-битность» не мешает ему обгонять появившийся на 3 года позже «16-битный» 80286: на популярном в 1980-е бенчмарке Dhrystones MC68000 на 8 МГц набирает 2100 «попугаев», а 286 на 10 МГц — 1900 (также 16-битный i8088 на 4,77 МГц — 300).
Что зависит от разрядности ЦП
Эта, казалось бы, незначительная характеристика, в итоге определяет всю архитектуру компьютера. На 64-разрядном ЦПУ можно запустить 32 битную Винду, хотя работать она будет, сказать по правде, не очень. А вот 32-битный CPU 64-разрядную ОС вообще не запустит, так как не поддерживает инструкции необходимой длины.
Если совсем кратко, то разрядностью Windows определяется, сколько оперативной памяти будет доступно пользователю. Дело в том, что 32-разрядные ОС (обозначаются как х86) не видят больше чем 3.25 Гб оперативной памяти. Да, можно поставить несколько планок с солидным суммарным объемом, но операционная система к ним попросту не будет обращаться.
64 разрядные Windows могут увидеть гораздо больше ОЗУ. Сегодня «потолок» просто гигантская цифра — почти 200 Гб. Даже для игрового компа этого с избытком. Более того, не всякий сервер столько будет использовать.
Требования современных игр сегодня уже измеряются десятками гигабайт ОЗУ. Показатель в 16 Гб за несколько лет стал из топового рекомендуемым системным параметром. Для мощного игрового компа сегодня 32 Гб считается оптимальным размером оперативки.
Учитывая дикие темпы развития индустрии, уже через пару лет и этого возможно будет мало.
Что значит это в итоге для любого юзера? То, что про 32-битные ЦП можно забыть как про морально устаревшие девайсы. Впрочем, если вы олдскульно в очередной раз перепроходите третьих «Героев меча и магии» или вторую «Диабло» и равнодушны к современным играм класса ААА, то вам это, скорее всего, индифферентно.
Советую также почитать о сроке службы процессора и о том, на что влияет CPU в играх. Подписывайтесь на меня в социальных сетях, чтобы не пропустить уведомление о публикации новых материалов. До завтра!
3. Каковы преимущества 64-разрядных процессоров для обычных пользователей ПК?
Для обычных пользователей, использующих ПК сугубо для своих личных нужд в рамках досуга, преимущество 64-разрядных процессоров заключается в возможности задействовать больше 4 Гб оперативной памяти. 64-разрядный процессор позволяет использовать 8, 16, 32 и даже более Гб оперативной памяти в работе ПК. Такая производительность необходима тем, кто использует ПК, загружая его многозадачностью, работая со сложными графическими программами или профессиональными видеоредакторами. И, конечно же, геймеры – для многих новинок игромира, для некоторых мощных видеоигр, начиная с 2011 года, может потребоваться как минимум 8 Гб оперативной памяти, чтобы играть на максимальном качестве игры.
Для использования такого преимущества 64-разрядного процессора, на ПК должна быть установлена 64-разрядная операционная система, специфика которой сможет раскрыть весь мощностной потенциал ПК. А вот если на ПК с 64-разрядным процессором и, к примеру, с 8 Гб оперативной памяти установить 32-разрядную операционную систему, придется довольствоваться ограничениями – оперативная память будет доступна только в объеме 4 Гб. И весь мощностной потенциал «железа» ПК останется нераскрытым.
Определить, на ПК установлена 32- или 64-разрядная Windows, можно, вызвав левой клавишей мышки контекстное меню на иконке «Мой компьютер» (или «Этот компьютер» в Windows 8 и 8.1). В меню выбираем «Свойства». Откроются основные системные характеристики, где в графе «Тип системы» и будет указана, какая Windows установлена — 32- или 64-разрядная.
Это же можно определить, не выходя из программы Speccy – в разделе «Операционная система».
2. Разрядность: что включает в себя этот термин?
Как видим, определить разрядность процессора, установленного на ПК очень просто, но что же включает в себя сам термин разрядность? Разрядность процессора это – число разрядов (их еще называют битами), которые процессор способен обработать за один раз.
Рост разрядности процессоров был обусловлен развитием компьютерных технологий.
Термин разрядность применяется не только к процессорам, но также и к шинам. К примеру, технические характеристики видеокарт часто содержат указание разрядности шины памяти. Что касается определения термина разрядности шины, то здесь будет виднеться та же суть, что и у термина разрядности процессора. Так, разрядность шины это не что иное, как число бит, одновременно обрабатываемое шиной.
Смотрите также:
В данной статье будет подробно, в деталях, рассказано как создать нового пользователя в Microsoft SQL Server 2012 (в более старых редакциях, например в Microsoft SQL Server 2008 R2, набор действий…
Здесь будет рассказано как добавить нового пользователя для работы в системе 1С:Предприятие 7.7. 0. Оглавление Добавление пользователя в конфигураторе Настройки значений по умолчанию (только для конфигурации "Торговля и…
Здесь будет рассказано как добавить нового пользователя в Windows Server 2008 R2. 0. Оглавление Создание нового пользователя Редактирование свойств пользователя 1. Создание нового пользователя Запускаем диспетчер сервера ("Пуск" -…
Запись опубликована в рубрике Железо с метками Бесплатно, Оборудование, Софт. Добавьте в закладки постоянную ссылку.
Всем привет! Сегодня поговорим о том, что такое разрядность центрального процессора в компьютере, на что влияет эта основная характеристика, как она определяется. Про частоту шины процессора вы можете почитать в этом посте.
1. Как узнать разрядность установленного на ПК процессора?
Чтобы узнать разрядность установленного на ПК процессора, лучше всего установить специальную программу, функционал которой предусматривает отображение детальной информации об аппаратных составляющих ПК. Например, программы CPU-Z или Speccy – их можно скачать c официальных сайтов совершенно бесплатно.
Запустите одну из этих программ, подождите, пока те просканируют систему и отобразят аппаратные характеристики ПК. Зайдите в раздел меню, в котором содержатся данные о центральном процессоре ПК – вкладки «CPU» в программе CPU-Z или «Центральный процессор» в Speccy.
Разрядность процессора отображается в графе «Инструкции», где выводятся данные о поддержке инструкций. Если процессор 64-разрядный, то в этой графе должно присутствовать об этом указание.
В программе «CPU» в зависимости от производителя процессора это либо «EM64T» (Intel 64), либо «x86-64» (AMD 64).
В программе Speccy все чуть проще – графа инструкции отображает либо «AMD 64», либо «Intel 64».
Если раздел «Инструкции» в обеих программах не отображает таких данных, это значит на ПК установлен 32-разрядный процессор.
Но встретить 32-разрядный процессор сегодня не так-то и просто, это должна быть очень старая сборка ПК, ведь начиная с первого 64-разрядного процессора AMD Athlon 64, представленного в 2003 году, и поздних моделей Pentium 4 от Intel, на рынок компьютерной техники производители поставляют только 64-разрядные процессоры.
Что такое разрядность
В науке информатики — разрядность (она же битность) определяет как количество информации, которая проходит через шину за один такт. За этот такт выполняется 1 элементарная операция, называемая инструкцией.
Современные процессоры поддерживают инструкции длиной 32 или 64 бита, то есть являются 32 или 64 разрядными. К слову, сегодня редко можно встретить 32-битные процессоры. Даже у большинства бюджетных моделей производства как Intel, так и AMD, разрядность составляет 64 бита.
Однако все еще бывают и 32 разрядные CPU, которые используются для несложных вычислений. Например, для современного офисного компьютера, используемого для печати документов, таких параметров вполне достаточно. А вот уже, например, дизайнеру нужен девайс помощнее: современные графические редакторы слишком требовательны к производительности ПК.
Разрядность данных видео и графики
Следующая таблица иллюстрирует различные типы изображений в терминах их разрядности, числа возможных цветов и общеупотребительных названий.
Таблица 3.
bpp – Бит на пиксель
Тонкости цвета
Человеческий глаз может различить порядка 10 миллионов цветов, посему сохранять изображение с большей разрядностью, чем 24 bpp, избыточно, если оно предназначено только для просмотра. С другой стороны, изображения с разрядностью выше 24 bpp полезны, поскольку они лучше выдерживают последующую обработку изображений .
Глубина цвета, как мы уже говорили в главе 1, определяется количеством цветов, которые могут быть переданы (представлены), или количеством разрядов (битов) цифрового кода, содержащим описание цвета одного пиксела. Одно с другим связано простой формулой:
Nцветов = 2 n бит
Аналогично со звуком происходит преобразование цвета в видео и графике. Только частота дескретизации в этом случае определяется частотой обновления экрана.
При этом для каждого цвета (в применяемой системе цветообразования) стоит свой АЦП, который преобразует яркостный сигнал каждого из считываемых цветов в цифровой.
Векторная графика
Векторная графика пока применяется, в большинстве случаев, в профессиональных приложениях.
В векторной графике работа с глубиной цвета и цветом аналогична растровой графике. Поэтому информация о цветности содержащаяся в векторных файлах при разрядности более 32 может быть признана избыточной для типовых приложений.
Но поскольку векторная графика работает с точками и линиями их соединяющими, то уже сейчас при работе с координатами в ней применяются вычисления с плавающей точкой (запятой), что обеспечивает необходимую точность вычислений и построений. С ростом разрядности процессоров и операционных систем растет разрядность задания координат точек и узлов, а вот где предел должны определять не разработчики ОС или производители процессоров, а специалисты в прикладных отраслях знаний.
Для векторной графики разрядность при вычислениях координат точек может быть ограничена только необходимой точностью их задания.
Разрядность вычислений
Роберт Морган (Robert Morgan), который имеет статус «Microsoft Research employee» написал в LinkedIn, что он работает в сверхсекретном отделе исследований, в область которого входит разработка 128 битной архитектуры, совместимой с ядром Windows 8.
Его страничка на LinkedIn'е сейчас отключена.
Увеличение адресного пространства
Разрядность процессора – это величина, которая определяет размер машинного слова, то есть количество информации, которой процессор обменивается информацией с оперативной памятью.
Что касается оперативной памяти, то в этом и заключается вся суть.
Из простых математических преобразований для 32 битной системы получаем 2^32=4294967296 байт = 4 ГБ. То есть, в 32 битном адресном пространстве, ячейки памяти условно расположенные за пределом 4ГБ просто не получат адреса и не будут использоваться. В 64 битной системе, размер адресного пространства 2^64= 18446744073709551616. Разница видна не вооружённым взглядом.
Из этого всего следует вывод, что ключевым фактором расширения разрядности системы пока является размер ОЗУ. А дальше?
Так же хочу добавить, что 64-х разрядные операционные системы Windows использую в состояние простоя в среднем на 300 МБ [ 1 ] больше оперативной, чем 32-х разрядные. Реально этот объем растет вдвое. На счет мифа, что x64 работает быстрее, чем x86, то это не совсем так. Прирост будет наблюдаться только в оптимизированных под x64 приложениях где-то на 3-5%, но не забывайте, что, возможно, некоторые 32-битные приложения просто не запустятся.
Преимущества роста разрядности операционных систем и процессоров
- Увеличения адресного пространства.
Увеличение разрядности системы и процессора при переходе от 32 разрядной к 64 разрядной системе дает возможность многократного увеличение адресного пространства, использовать которое сложно в обозримом будущем.
Существуют решения позволяющие обойти ограничения накладываемые 32 разрядной системой на размер адресного пространства,
Например:
Потребности в адресном пространстве для оперативной памяти удовлетворяет решение придуманное Intel для процессора Xeon, когда вся память разбивается на блоки, и в адресе отдельной ячейки сначала значится номер содержащего ее блока, а затем ее номер внутри блока. Таким образом, в Xeon для адресации стали использоваться 36-битные числа, а значит, предельный объем памяти возрос до 64 Гб.
32 разрядная система с 36 разрядным адресным пространством удовлетворяет все потребности бытового и офисного применения компьютеров и большинство промышленных назначений. Тем более, что цены на оперативную память ограничивают рядового пользователя в безграничном наращивании ее объемов.
В 64 разрядной системе, теоретически максимальный объем оперативной памяти составит более 18 экзабайт (экзабайт, грубо говоря, равен миллиону терабайт), конечно, в реальных системах это значение ограничивается куда меньшей величиной.
- Более высокая точность вычислений.
В 64 разрядной системы с ростом разрядности имеет место и прирост точности вычислений, но пока эти требования возникают только в прикладных специализированных вычислениях.
- Прирост скорости вычислений.
Наращивание разрядности системы, вопреки ожиданиям, не дает прироста производительности системы пропорционального приросту разрядности (2х кратного).
Существует мнение:
Недостатки роста разрядности ОС и процессоров
Увеличение длины слова (разрядности) требует для него увеличения объема выделяемой памяти, что замечено при переходе с 32 разрядных систем на 64 разрядные.
Существенный рост объемов оперативной и постоянной памяти по сравнению с существующими системами ограничен из-за их высокой цены, что оказывает существенное влияние на их объемы в бытовых и офисных применениях.
И как подтверждение всему сказанному.
В версии программы для систем х64 имеет прирост объема программного кода от 30 до 40 процентов.
Подобным образом растут требования к оперативной памяти. Все это в свою очередь требует оперирования большими объемами данных. Как Вы понимаете это требует дополнительных ресурсов компьютера.
Заключение
Для основной массы пользователей сейчас достаточной является система с 32 разрядным процессором.
64 разрядная система улучшает работу компьютеров в профессиональных прикладных применениях в математике, разных отраслях физики, геодезии и картографии, криптографии и при работе с базами данных. Увеличение разрядности системы более 64, с точки зрения настоящего времени, может быть интересно только узкому кругу прикладных задач.
Наращивание разрядности системы дает возможность, еще некоторое время, продлить действие рекламной акции под названием «Закона Мура».
А подогревая ажиотаж на преимуществах новинок, за счет рядовых потребителей оплатить и освоить производство процессоров достаточно специфического (узкого) назначения.
При применении систем с увеличением разрядности требуется замена применяемого пользователем ПО. Прикладного и типового. Это раскрутка пользователей купивших компьютеры с предустановленной 64 и более разрядной ОС на приобретение новых версий программ, работающих в них. Характеристики подавляющего большинства из них при этом не претерпят существенных улучшений.
Как никто не думает о применении в домашних и офисных системах производительных процессоров Xeon, Obteron, Itanium, так со временем затихнут и разговоры о применении в них 128 разрядных систем (процессоров и ОС).
128 разрядные системы конечно будут востребованы на домашних ПК со временем, когда на компьютере окончательно приживется 3х мерный звук, объемное изображение, и не та жалкая имитация что нам демонстрируют сейчас, а в виде голографических объемных систем. По моему мнению для этого потребуется не менее нескольких десятков лет.
64 разрядные системы будут не востребованы на домашних ПК до тех пор пока потребитель не поймет и не увидит явные преимущества этих систем.
Здесь не обсуждаются серверные применения x64 , х128, . систем. Они имеют свои преимущества и недостатки и их должны рассматривать в другом месте.
32- или 64-разрядный процессор компьютера – что лучше? Сегодня пользователи этим вопросом не заморачиваются по той простой причине, что все современные сборки ПК, как правило, комплектуются 64-разрядными процессорами. Но еще каких-то 5-6 лет назад споры о том, какой же процессор лучше — 32- или 64-разрядный – были популярнейшей темой различных компьютерных форумов в Интернете.
Что такое разрядность процессора, в чем заключается отличие 32- от 64-разрядного процессора, и как это в конечном счете влияет на работу и производительность ПК с позиции обычного пользователя? В этом всем попытаемся разобраться ниже.
Разрядности некоторых процессоров для ПК
* — Мультиплексированная шина данных и адреса (для ЦП с интегрированным контроллёром памяти — только межпроцессорная)
«A/B|C/D» — для данных указана разрядность скалярного целого / вещественного | векторного целого / вещественного доменов
«X+Y» — имеет домены этого вида двух разрядностей
«X-Y» — в зависимости от команды или ФУ принимает все промежуточные значения с целой степенью двойки
Как я писал в других статьях, в истории процессора идет наращивание их производительности по нескольким направлениям.
1. Это технологические (снижение технологических норм) и связанные с ними:
- Рост числа транзисторов (ключей) на одном кристалле, который позволяет усложнять архитектуру ядра и перечень команд выполняемых процессором. Сейчас снижение технологических норм идет все медленнее, по причинам все усиливающейся сложности технологических процессов.
- Рост тактовой частоты ядра, которое стабилизировалось в ближайших окрестностях 4 ГГц, в связи с ростом потерь материалах применяемых при производстве чипов на более высоких частотах для существующих технологий.
При этом мощность тепловыделения с кристалла остановилась на уровне около 100 Вт. Ее величина определяется теплопроводностью структуры чипа процессора, неравномерностью тепловыделения разных узлов процессора и в связи с этим ростом градиентов температур на поверхности кристалла. Все это и существующая эффективность системам отвода тепла существенно снижают надежность процессоров.
2. И архитектурные:
- за счет усложнения архитектуры процессора (по моим наблюдениям тоже наблюдается некоторый застой), новые решения сводятся не к решениям принципиально ускоряющим скорость вычислений, а к применению встроенных блоков выполняющих новые команды. Что конечно приводит к ускорению выполнения этих команд, но не к кардинальному увеличению скорости процессора.
- В том числе увеличения разрядности процессора (шины, длины регистров)
История развития процессоров показывает, что увеличение разрядности процессоров связывается скорее с ростом адресного пространства и увеличением длины и сложности выполняемых команд. При этом рост быстродействия процессоров за счет увеличения не рассматривается (вероятно из-за незначительности величины), и относится всеми авторами скорее к освоению все более тонких технологических процессов.
Мнения.
- высокопроизводительных серверов, систем управления базами данных (скорость работы с которыми многократно возрастает при росте объема оперативной памяти),
- САПР — системах проектирования, моделирования конструкций и технологических процессов, геодезии и картографии,
- вычислительных системах математических и научных вычислений и моделирования физического эксперимента,
- криптография — стойкость которой растет с ростом длины операндов и ключей,
- моделирование 3 D (пространственных) ситуаций в играх,
По мнению Sun, в ее ОС Solaris ( вечная ей память )
- Более быстрое выполнение команд: Длинные команды процессора и длинные адреса обычно приводят к более быстрому выполнению операций. Например, одна длинная команда может выполнить операцию, которая потребовала бы несколько коротких команд.
- Повышение производительности работы с памятью: В 64-разрядных машинах большее число ячеек памяти может адресоваться напрямую, без использования косвенной адресации и регистров.
- Возможность работы с длинными файлами: В некоторых приложениях часто встречаются файлы длиной более 2 Гбайт. В 64-разрядной среде таким приложениям предоставляется возможность устранить ограничения 32-разрядных сред на длину файла в 2 Гбайта (в операционной системе Solaris 2.6 на данный момент объем виртуального адресного пространства на каждый процесс ограничен 3.75 ГБайт).
- Повышение удобства управления данными на дисках: К примеру, отпадет необходимость разбивать 9-Гбайтный блок данных на пять файлов длиной не более 2-ГБайт. Все данные из этого блока могут быть доступны внутри одного файла. Таким образом можно повысить производительность баз данных и самой операционной системы.
По мнению профессионалов
Но насколько это необходимо для бытовых и офисных применений или основной массы пользователей?
Попробуем разобраться с практической точки зрения.
Рассмотрим 2 вида данных с которыми работает пользователь на своем домашнем компьютере.
Это звук и растровое изображение.
Разрядность данных звука.
Звук - это аналоговый сигнал.
Главная характеристика звука — коэффициент нелинейных искажений.
Коэффициент нелинейных искажений, таким образом, показывает степень искажений звука, обусловленных техническими параметрами устройства.
В компьютере звук преобразуется в цифровую форму и в этом виде обрабатывается, преобразуется в требуемые форматы.
Для преобразования в цифровую форму через заданный интервал времени с помощью АЦП (аналого-цифровой преобразователь) производится считывание амплитуды сигнала в цифровой форме, а для воспроизведения на аналоговом устройстве обратное преобразование с помощью ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).
Коэффициент нелинейных искажений вносимый при оцифровке звука определяется как разрядностью преобразования, так и частотой этих преобразований.
Р азрядность преобразования амплитуды звукового сигнала ограничена динамическим диапазоном существующих звуковых сигналов (см. табл.1) для человеческого уха и ее глубина более 27 бит уже выходит за границы динамического диапазона слуха .
Частота преобразований никак не связана с разрядностью, но избыточность ее приводит к многократному увеличению объема оцифрованного аудио файла. Разумные с точки зрения практики оцифровки звука, ограничения частоты преобразований (дискретизации) приводят к искажению звука начиная с частот на которых на полуволну приходится, например 3-5 оцифровок.
Коэффициент нелинейных искажений главным образом влияет на частотную оценка сигналов, окраск у звука, тембр, обертоны, другие параметры воспроизведения звука. Звук в виде человеческой речи, музыкальных произведений представляет собой сумму многих составляющих с разными амплитудами (громкостью) в динамическом диапазоне указанном в табл. 1 и частотой в диапазоне от 15 Гц до 20 кГц. Для качественного преобразования и воспроизведения количество этих преобразований в единицу времени может и должно быть много больше 44 кГц (минимум 3-5 отсчета на самой высокой частоте частотного диапазона).
Как уже говорилось выше, качество преобразования звуковой волны в цифровую форму обусловлена двумя параметрами: частотой дискретизации и разрядностью АЦП. От значений этих двух параметров зависят не только качество звучания, но и объем памяти, необходимый для хранения звукового файла.
Частота дискретизации - это частота измерения (преобразования) характеристик звукового сигнала.
Разрядность записанного звука - это количество битов памяти, которые выделяются для записи каждого значения амплитуды звукового сигнала в момент его измерения.
Звуковые платы используют разрядность 8 или 16 битов на одно измерение, что соответствует 256 и 65536 различным уровням сигнала. Существуют и более высококачественные -24 и 32-разрядные платы, где различаются 16,7х10 6 и 4,29х10 9 , соответственно, уровням сигнала.
Для оценки приведенных динамических диапазонов, приведу уровень шума самолет на расстоянии 3 м — до 130 дб, Болевой порог человека 160 дб.
Если записываемый звук имеет большие перепады в громкости (например, звучание симфонического оркестра), то при его записи с недостаточной разрядностью происходят сильные искажения сигнала. Поэтому профессиональные звуковые карты имеют разрядность 20 или даже 22 бита.
С точки зрения динамического диапазона увеличение разрядности более чем 24 нецелесообразно
Очевидно, что чем больше разрядность, тем точнее представлен звук в цифровой форме. И тем меньше нелинейные искажения синтезируемого ПК звука (при условии достаточности количества выборок за единицу времени). Разрядность 24 бита основана на представлении звука в числах с фиксированной запятой, а 32 бита – с плавающей.
Нельзя забывать, что размер звукового файла зависит как от разрядности звука, так и от частоты дискретизации. (технически существует возможность повысить частоту дискретизации многократно, но. )
Так, при частоте дискретизации 44 кГц и разрядности измерения 16 битов необходимо 5,3 Мбайтов на одну минуту звучания, а при частоте дискретизации 11 кГц и разрядности 8 битов - 0,66 Мбайтов. Чтобы быть услышанным человеческим ухом, частота осуществления выборки должна быть в некотором диапазоне. Так как цифровые звуковые данные требуют для хранения большого количества памяти, то следует организовать обработку, во время которой звуковые данные будут сжаты в более компактное представление.
Поэтому повышение разрядности процессоров и ОС свыше 32 для обработки звука какого либо улучшения его (звука) характеристик не предполагает и поэтому едва ли может быть признана целесообразной для серийного ПК и широкого круга пользователей. Скорее для повышения качества звука требуется увеличение числа отсчетов, чем увеличение разрядности.
Разрядности некоторых процессоров для ПК
* — Мультиплексированная шина данных и адреса (для ЦП с интегрированным контроллёром памяти — только межпроцессорная)
«A/B|C/D» — для данных указана разрядность скалярного целого / вещественного | векторного целого / вещественного доменов
«X+Y» — имеет домены этого вида двух разрядностей
«X-Y» — в зависимости от команды или ФУ принимает все промежуточные значения с целой степенью двойки
Как я писал в других статьях, в истории процессора идет наращивание их производительности по нескольким направлениям.
1. Это технологические (снижение технологических норм) и связанные с ними:
- Рост числа транзисторов (ключей) на одном кристалле, который позволяет усложнять архитектуру ядра и перечень команд выполняемых процессором. Сейчас снижение технологических норм идет все медленнее, по причинам все усиливающейся сложности технологических процессов.
- Рост тактовой частоты ядра, которое стабилизировалось в ближайших окрестностях 4 ГГц, в связи с ростом потерь материалах применяемых при производстве чипов на более высоких частотах для существующих технологий.
При этом мощность тепловыделения с кристалла остановилась на уровне около 100 Вт. Ее величина определяется теплопроводностью структуры чипа процессора, неравномерностью тепловыделения разных узлов процессора и в связи с этим ростом градиентов температур на поверхности кристалла. Все это и существующая эффективность системам отвода тепла существенно снижают надежность процессоров.
2. И архитектурные:
- за счет усложнения архитектуры процессора (по моим наблюдениям тоже наблюдается некоторый застой), новые решения сводятся не к решениям принципиально ускоряющим скорость вычислений, а к применению встроенных блоков выполняющих новые команды. Что конечно приводит к ускорению выполнения этих команд, но не к кардинальному увеличению скорости процессора.
- В том числе увеличения разрядности процессора (шины, длины регистров)
История развития процессоров показывает, что увеличение разрядности процессоров связывается скорее с ростом адресного пространства и увеличением длины и сложности выполняемых команд. При этом рост быстродействия процессоров за счет увеличения не рассматривается (вероятно из-за незначительности величины), и относится всеми авторами скорее к освоению все более тонких технологических процессов.
Мнения.
- высокопроизводительных серверов, систем управления базами данных (скорость работы с которыми многократно возрастает при росте объема оперативной памяти),
- САПР — системах проектирования, моделирования конструкций и технологических процессов, геодезии и картографии,
- вычислительных системах математических и научных вычислений и моделирования физического эксперимента,
- криптография — стойкость которой растет с ростом длины операндов и ключей,
- моделирование 3 D (пространственных) ситуаций в играх,
По мнению Sun, в ее ОС Solaris ( вечная ей память )
- Более быстрое выполнение команд: Длинные команды процессора и длинные адреса обычно приводят к более быстрому выполнению операций. Например, одна длинная команда может выполнить операцию, которая потребовала бы несколько коротких команд.
- Повышение производительности работы с памятью: В 64-разрядных машинах большее число ячеек памяти может адресоваться напрямую, без использования косвенной адресации и регистров.
- Возможность работы с длинными файлами: В некоторых приложениях часто встречаются файлы длиной более 2 Гбайт. В 64-разрядной среде таким приложениям предоставляется возможность устранить ограничения 32-разрядных сред на длину файла в 2 Гбайта (в операционной системе Solaris 2.6 на данный момент объем виртуального адресного пространства на каждый процесс ограничен 3.75 ГБайт).
- Повышение удобства управления данными на дисках: К примеру, отпадет необходимость разбивать 9-Гбайтный блок данных на пять файлов длиной не более 2-ГБайт. Все данные из этого блока могут быть доступны внутри одного файла. Таким образом можно повысить производительность баз данных и самой операционной системы.
По мнению профессионалов
Но насколько это необходимо для бытовых и офисных применений или основной массы пользователей?
Попробуем разобраться с практической точки зрения.
Рассмотрим 2 вида данных с которыми работает пользователь на своем домашнем компьютере.
Это звук и растровое изображение.
Разрядность данных звука.
Звук - это аналоговый сигнал.
Главная характеристика звука — коэффициент нелинейных искажений.
Коэффициент нелинейных искажений, таким образом, показывает степень искажений звука, обусловленных техническими параметрами устройства.
В компьютере звук преобразуется в цифровую форму и в этом виде обрабатывается, преобразуется в требуемые форматы.
Для преобразования в цифровую форму через заданный интервал времени с помощью АЦП (аналого-цифровой преобразователь) производится считывание амплитуды сигнала в цифровой форме, а для воспроизведения на аналоговом устройстве обратное преобразование с помощью ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).
Коэффициент нелинейных искажений вносимый при оцифровке звука определяется как разрядностью преобразования, так и частотой этих преобразований.
Р азрядность преобразования амплитуды звукового сигнала ограничена динамическим диапазоном существующих звуковых сигналов (см. табл.1) для человеческого уха и ее глубина более 27 бит уже выходит за границы динамического диапазона слуха .
Частота преобразований никак не связана с разрядностью, но избыточность ее приводит к многократному увеличению объема оцифрованного аудио файла. Разумные с точки зрения практики оцифровки звука, ограничения частоты преобразований (дискретизации) приводят к искажению звука начиная с частот на которых на полуволну приходится, например 3-5 оцифровок.
Коэффициент нелинейных искажений главным образом влияет на частотную оценка сигналов, окраск у звука, тембр, обертоны, другие параметры воспроизведения звука. Звук в виде человеческой речи, музыкальных произведений представляет собой сумму многих составляющих с разными амплитудами (громкостью) в динамическом диапазоне указанном в табл. 1 и частотой в диапазоне от 15 Гц до 20 кГц. Для качественного преобразования и воспроизведения количество этих преобразований в единицу времени может и должно быть много больше 44 кГц (минимум 3-5 отсчета на самой высокой частоте частотного диапазона).
Как уже говорилось выше, качество преобразования звуковой волны в цифровую форму обусловлена двумя параметрами: частотой дискретизации и разрядностью АЦП. От значений этих двух параметров зависят не только качество звучания, но и объем памяти, необходимый для хранения звукового файла.
Частота дискретизации - это частота измерения (преобразования) характеристик звукового сигнала.
Разрядность записанного звука - это количество битов памяти, которые выделяются для записи каждого значения амплитуды звукового сигнала в момент его измерения.
Звуковые платы используют разрядность 8 или 16 битов на одно измерение, что соответствует 256 и 65536 различным уровням сигнала. Существуют и более высококачественные -24 и 32-разрядные платы, где различаются 16,7х10 6 и 4,29х10 9 , соответственно, уровням сигнала.
Для оценки приведенных динамических диапазонов, приведу уровень шума самолет на расстоянии 3 м — до 130 дб, Болевой порог человека 160 дб.
Если записываемый звук имеет большие перепады в громкости (например, звучание симфонического оркестра), то при его записи с недостаточной разрядностью происходят сильные искажения сигнала. Поэтому профессиональные звуковые карты имеют разрядность 20 или даже 22 бита.
С точки зрения динамического диапазона увеличение разрядности более чем 24 нецелесообразно
Очевидно, что чем больше разрядность, тем точнее представлен звук в цифровой форме. И тем меньше нелинейные искажения синтезируемого ПК звука (при условии достаточности количества выборок за единицу времени). Разрядность 24 бита основана на представлении звука в числах с фиксированной запятой, а 32 бита – с плавающей.
Нельзя забывать, что размер звукового файла зависит как от разрядности звука, так и от частоты дискретизации. (технически существует возможность повысить частоту дискретизации многократно, но. )
Так, при частоте дискретизации 44 кГц и разрядности измерения 16 битов необходимо 5,3 Мбайтов на одну минуту звучания, а при частоте дискретизации 11 кГц и разрядности 8 битов - 0,66 Мбайтов. Чтобы быть услышанным человеческим ухом, частота осуществления выборки должна быть в некотором диапазоне. Так как цифровые звуковые данные требуют для хранения большого количества памяти, то следует организовать обработку, во время которой звуковые данные будут сжаты в более компактное представление.
Поэтому повышение разрядности процессоров и ОС свыше 32 для обработки звука какого либо улучшения его (звука) характеристик не предполагает и поэтому едва ли может быть признана целесообразной для серийного ПК и широкого круга пользователей. Скорее для повышения качества звука требуется увеличение числа отсчетов, чем увеличение разрядности.
0. Оглавление
Читайте также: