64-bitine protsessor

Allikas: Vikipeedia

64-bitilisus tähendab protsessori arhitektuuris seda, et erinevad andmeühikud on maksimaalselt 64 bitti (8 oktetti) laiad. Lisaks sellele on sama laiad ka protsessori ja ALU (Arithmetic logic unit) registrid, aadressisiinid ja andmesiinid. Samuti kasutatakse väljendit 64-bitine, et kirjeldada arvutigeneratsiooni, milles kasutatakse peamiselt 64-bitiseid protsessoreid.

64-bitised protsessorid on eksisteerinud superarvutites alates 1970-ndatest - üks esimesi 64-bitiseid arvuteid oli Cray-1 (1975). Enne 64-bitiseid protsessoreid oli kasutuses ka 60-bitiste registritega arvuteid, näiteks CDC 6000 seeria (1964). Laiemalt tulid 64-bitised protsessorid kasutusele RISC-baasil tööjaamades ja serverites 1990-ndate alguses. 2003. aastal tutvustati neid tavakasutajatele x86-64 ja PowerPC protsessoriarhitektuuri näol.

Arhitektuur[muuda | redigeeri lähteteksti]

Protsessori registrid on tavaliselt jaotatud mitmesse rühma: täisarvud, murdarvud, SIMD (Single instruction, multiple data), kontrollsummad ja (vanemates disainides) spetsiaalsed registrid aadresside ja indeksite jaoks. Moodsamates protsessorites saab mälu adresseerimiseks kasutada ainult täisarvu- ja/või aadressiregistreid. Nende registrite suurus limiteerib tavaliselt otseselt adresseeritava mälu hulga, isegi kui protsessoris on laiemaid registreid, näiteks murdarvude registrid.

Enamuses suure jõudlusega 32-bitistes ja 64-bitistes protsessorites (mõned erandid on ARM ja 32-bitised MIPS protsessorid) on sisse ehitatud eraldi murdarvudel opereerimiseks mõeldud riistvara, mis sageli baseerub 64-bitistel andmeühikutel. Näiteks x86/x87 arhitektuuril on instruktsioonid, mis on suutelised laadima ja hoidma mälus 32-bitiseid ja 64-bitiseid murdarve, kuid protsessorisisesed andmestruktuurid ja registrid võivad olla ka 80 bitti laiad.

Piirangud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Enamik 64-bitilisi mikroprotsessoreid on tänapäeval piiratud mälu mahult, mida nad tegelikult suudavad edastada. See on tunduvalt madalam võrreldes sellega, milleks 64-bitiline protsessor tegelikult suuteline oleks. Näiteks AMD64 arhtektuuril on 52-bitiline piirang füüsilisele mälule ja toetab ainult 46-bitilist virtuaalset aadressiruumi. See on vastavalt 4 PB(4×10245 baiti) ja 256 TB(256×10244 baiti). Arvuti ei saa sisaldada 4 petabaiti mälu aga AMD suured serverid, ühismälu klaastrite ja muude viisidega võivad selleni jõuda lähitulevikus. 52-bitiline mäluaadress annab võimaluse laiendamiseks palju odavamalt kui 64-bitiline mäluaadress. Samuti 48-bitiline virtuaalne mäluaadress tehti selleks, et võimaldada enam kui 64000 korda suuremat mälu 32-bitilise piirangust, mis on 4GB(4×10243 baiti). Võimaldades ruumi laienemiseks lähitulevikus ilma, et sellega kaasneks töötlusaja pikenemist täieliku 64-bitilise protsessori puhul.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

64-bitiste protsessorite ajaline järjestus[muuda | redigeeri lähteteksti]

1961

IBM esitab IBM 7030 Stretch superarvuti, mis kasutab 64-bitist andmesõna ja 32- ning 64-bitist käsusõna.

1974

Control Data Corporation annab välja CDC Star-100 vektor superarvuti, mis kasutab 64-bitist sõna arhitektuuri (eelnevad CDC süsteemid baseerusid 60-biti arhitektuurile). International Computers Limited andis välja 32-bitise, 64-bitise ja 128-bitise ICL 2900 seeria.
Cray-1 superarvuti

1976

Cray Research esitab esimese Cray-1 superarvuti, mis baseerub 64-biti sõnaarhitektuurile ja see oli baasiks hilisemate Cray vektor superarvutitele.

1983

Elxsi andis välja Elxsi 6400 paralleelse minisuperarvuti. Elxsi arhitektuuril oli 64-bitine andmeregister, kuid 32-bitine aadressiruum.

1989

Intel tutvustab Intel i860 RISC protsessorit. Turustati kui "64-bitine mikroprotsessor", tal oli 32-bitine arhitektuur, millel oli 3D graafiku üksus, mis suutis sooritada 64-biti integer operatsioone.[1]

1991

MIPS Technologies produtseeris esimese 64-bitise mikroprotsessori R4000. Seda protsessorit kasutati SGI graafika töötajaamades, alustades IRIS Crimsoniga. Kendall Square Research tõi ilmale nende esimese KSR1 superarvuti, mis baseerub 64-bitisel RISC protsessoril.
Digital Equipment Corporation (DEC) logo 1993. aastal

1992

Digital Equipment Corporation (DEC) tutvustab 64-bitilist arhitektuuri, mis sündis PRISM projektist.[2]

1993

Atari tutvustab Atari Jaguar videomängude konsooli, mis sisaldab oma arhitektuuris 64-bitiseid andmeteid.[3]

1994

Intel teatab oma plaanidest leiutada järglane oma edukale IA-32 arhitektuurile - 64-bitine IA-64 arhitektuur. Väljalaske aastaks plaanitakse 1998 ja 1999 vahe. SGI andis välja IRIX 6.0, millel 64-biti tugi.
Sun'i 64-bitine UltraSparc protsessor

1995

Sun annab välja 64-bitise SPARC tüüpi protsessori UltraSPARC.[4] HAL Computer Systems andis välja tööjaama, mis baseerus 64-bitsel protserssoril. See oli HALi iseseisvalt disainitud esimese generatsioon SPARC64. IBM andis välja A10 ja A30 mikroprotsessorid ja 64-bitised PowerPC AS protsessorid.[5] Samuti tuli IBM-ilt 64-bitise AS/400 süsteemi uuendus, mis lubab vahetada operatsioonisüsteemi, andmebaase ja rakendusi.

1996

Nintendo tutvustab Nintendo 64 videomängukonsooli, mis on ehitatud madalahinnalise variandi MIPS R4000 baasil. HP andis välja 64-bitise 2.0 versiooni nende PA-RISC protsessori arhitektuurist ehk PA-8000.[6]

1997

IBM annab välja RS64 seeria, mis sisaldab 64-bitilisi PowerPC/POWER protsessoreid.

1998

IBM annab välja POWER3 seeria, mis sisaldab 64-bitiseid PowerPC/POER protsessoreid.[7]

1999

Intel avaldab IA-64 arhitektuuri instruction seti. AMD avalikustab oma 64-bitised laiendused IA-32-le, mida kutsuti x86-64 (hiljem AMD64).

2000

IBM andis välja esimesed 64-bitised z/Arhitektuuriga suurarvutid, zSeeria z900. z/Arhitektuur on 64-bitine versioon 32-bitisest ESA/390 arhitektuurist, 32-bitise System/360 arhitektuuri järeltulija.

2001

Peale mõningaid viivitusi annab Intel lõpuks välja IA-64 liini protsessorid, mille koodnimeks saab Itanium. Selle sihtmärgiks olid suure võimsusega serverid, kuid müüginumbrid ei vastanud oodatule.

2003

AMD tutvustab enda Opteron ja Athlon 64 protsessori seeriaid, mis baseeruvad enda AMD64 arhitektuuril. Apple paiskas müüki 64-bitise "G5" PowerPC 970 protsessori, mis oli toodetud IBMi poolt. Inteli Itanium seeria on jätkuvalt ainukesed ainult 64-bitised protsessorid (teised toetavad paralleelselt ka 32-bitilisust).

2004

Intel reageeris AMD turuedule ja tunnistas, et on tootmas klooni AMD64-st, nimega IA-32e (hiljem nimetati ümber EM64T-ks ja lõpuks Intel 64-ks). Intel tõi turule uuendatud versioonid Xeon ja Pentium 4 protsessorite perekonnast, mis toetasid uusi 64-bitiseid instruktsioone. VIA Technologies tutvustas Isaiah 64-bitist protsessorit.[8]

2006

Sony, IBM ja Toshiba alustavad 64-bitiste Cell protsessorite tootmist, mida kasutatakse Playstation 3-s, serverites ja tööjaamades.

64-bitiste operatsioonisüsteemide ajaline järjestus[muuda | redigeeri lähteteksti]

1985

Cray annab välja UNICOSi, esimese 64-bitise rakenduse Unixi operatsioonisüsteemile.[9]

1993

DEC annab välja 64-bitise DEC OSF/1 AXP Unix-like operatsioonisüsteemi (hiljem nimetati ümber Tru64 UNIX-iks), mis baseerus Alpha arhitektuuril.

1995

DEC andis välja OpenVMS 7.0, mis oli esimene täielikult 64-bitine versioon OpenVMS-ist Alphale.

1998

Sun annab välja Solaris 7-me, mis toetab täielikult 64-bitist UltraSPARC tuge.

2000

IBM annab välja z/OS. mis on 64-bitine operatsioonisüsteem. See on MVSi järglane, mis oli loodud uutele zSeeria 64-bitistele suurarvutitele.

2001

NetBSD on esimene operatsioonisüsteem, mis jookseb Inteli Itanium protsessoril kohe protsessori väljaandmisel. Microsoft annab välja Windows XP 64-bitise versiooni, mis oli mõeldud Itaniumi IA-64 arhitektuurile ja suudab jooksutada ka 32-bitiseid rakendusi.

2003

Apple annab välja enda Mac OS X 10.3 "Panther" operatsioonisüsteemi, mis lisab toe 64-bitistele PowerPC 970 protsessoritele. Mitmetele Linuxi distributsioonidele tuleb AMD64 tugi. Microsoft teatab oma plaanidest teha Windowsi operatsioonisüsteem, mis toetaks ka AMD64 arhitektuuri, kuid millel on olemas ka 32-bitiliste rakenduste tugi. FreeBSD saab AMD64 toe.

2005

31. Jaanuaril annab Sun välja Solaris 10, mis toetab nii AMD64 kui ja EMT64 protsessoreid. 29. Aprillil andis Apple välja Mac OS X 10.4 "Tiger", mis andis PowerPC 970 protsessoritega arvutitele limiteeritud toe 64-bitiste käsurearakenduste käivitamiseks. Hilisemates versioonides toetasid nad ka EM64T protsessoreid. 30. Aprillil andis Microsoft välja AMD64 ja EM64T toega Windows XP Professional x64 versiooni.

2006

Microsoft andis välja Windows Vista, mille 64-bitine versioon toetas AMD64/Intel64 protsessoreid, kuid säilitas ka 32-bitise funktsionaalsuse. 64-bitises versioonis on kõik windowsi rakendused ja komponendid 64-bitised, kuid samas võisid erinevd tarkvaramoodulid säilitada ka 32-bitised versioonid.

2007

Apple annab välja Mac OS X 10.5 "Leopard", mis toetab täielikult 64-bitiseid rakendusi masinatel, mis kasutavad PowerPC 970 või EM64T protsessorit.[10]

2009

Apple annab välja Mac OS X 10.6 "Snow Leopard", mille enamus kaasas olevaid rakendusi on nüüd 64-bitised.[10] Microsoft annab välja Windows 7-e, mis on sarnaselt Windows Vistale 64-biti toega. Hakatakse müüma 64-bitiseid Windowsi operatsioonisüsteemiga arvuteid. Microsoft annab välja ka Windows Server 2008 R2, mis on esimene ainult 64-bitine server Microsoftilt.

32-bit vs 64-bit[muuda | redigeeri lähteteksti]

Üleminek 32-bitiliselt 64-bitilisele arhitektuurile on olnud vaevarikas, kuna enamus operatsioonisüsteeme ja drivereid peab uuest arhitektuurist kasu saamiseks ümber kirjutama. Ka tarkvara peab uute võimaluste ära kasutamiseks muutma. Vanem tarkvara on tavaliselt toetatud kas riistvara ühilduvuse režiimis (uued protsessorid toetavad seeläbi ka 32-bitiseid rakendusi), läbi tarkvaralise emulaatori või tegeliku 32-bitise tuuma sisestamisega 64-bitisesse protsessorisse (näiteks Itaniumi protsessorid, mis sisaldavad ühte x86 protsessori tuuma, et jooksutada 32-bitiseid rakendusi). Praegused 64-bitised operatsioonisüsteemid toetavad üldiselt nii 32-bitilisi kui ka 64-bitilisi rakendusi.[11]

Üks suur erand on AS/400, mille tarkvara jookseb virtuaalsel ISA-l, mida kutsutakse TIMI-ks (Technology Independent Machine Interface), mis on tõlgitud koodiks madala otsa tarkvara poolt enne käivitamist. Madala otsa tarkvara ongi see, mida on vaja, et kirjutada ja liigutada kogu operatsioonisüsteem ja tarkvara uuele platvormile. Näiteks IBM tegi oma 32/48-bitisest "IMPI" instuction setist 64-bitise PowerPC.

Kuigi 64-bitine arhitektuur teeb vaieldamatult kiiremaks töö valdkondades nagu videotöötlus ja suured andmebaasid, on pidevalt käimas vaidlused, kas samas hinnaklassis 64-bitised protsessorid on oma 32-bitistest alternatiividest kiiremad ka teistes valdkondades. Igaljuhul on X86-64 arhitektuuriga võimalik enamus 32-bitilisi operatsioonisüsteeme ja rakendusi sujuvalt jooksutada.

Kompileeritud Java programmid toimivad samamoodi nii 32-bitisel kui ka 64-bitisel platformil. Kuna pikkused ja täpsused on kõikidel sisseehitatud tüüpidel täpsustatud java standarditega ei sõltu java allolevast arhitektuurist. Java programmid, mis jooksevad 64-bitisel Java virtuaalmasinal, omavad lihtsalt ligipääsu suuremale aadressiruumile.[12]

Kiirus pole ainuke faktor, millega 32-bitiseid ja 64-bitiseid protsessoreid võrreldakse. Rakendused, kus kasutatakse multi-taskingut, clusteringi ja stress testingut töötavad paremini 64-bitisel arhitektuuril. 64-bitised arvutiklastrid on laialdasti kasutusel suurtes organistatsioonides, nagu IBM, HP ja Microsoft just sellel põhjusel.

Plussid ja miinused[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Peamine valearusaam on see, et 64-bitine arhitektuur pole 32-bitisest arhitektuurist parem, kui just arvutil pole üle 4GB põhimälu. See pole täielikult tõene. Mõned operatsioonisüsteemid ja teatud riistvarakonfiguratsioonid limiteerivad füüsilise mälu 3GB-le IA-32 süsteemis. Pole olemas 32-bitiseid arhitektuure, mis suudaks otseselt adresseerida 4GB mälu. Siiski suudavad IA-32 protsessorid alates Pentium2-st adresseerida 36-bitist aadressiruumi kasutades Physical Address Extensionit (PAE), mis annab 64 gigabaidise füüsilise mälu ulatuse. Seetõttu PAE toega operatsioonisüsteemid ei ole limiteeritud 4GB füüsilise mäluga.
  • Mõned operatsioonisüsteemid reserveerivad portsioni aadressiruumist operatsioonisüsteemile kasutamiseks ja vähendavad sellega aadressiruumi, mis on saadaval kasutaja programmidele. Samuti jaotavad enda protsessi aadressiruumi Windows CP DLLid ja teised operatsioonisüsteemi komponendid, jättes ainult 2-3 GB (olenevalt sätetest) aadressiruumi saadavale. 64-bitistel operatsioonisüsteemidel on see limiit on kõvasti kõrgem ja seetõttu ei piira reaalset mälukasutust.
  • Mälujaotusega faile on aina raskem rakendada 32-bitilistes arhitektuurides, kuna nelja gigabaidine fail pole enam ebatavaline ja nii suuri faili ei saa kergelt jaotada. Ainult ühe regiooni failist saab jaotada aadressiruumi ja kui tahad sellisele failile mälujaotusega juurde pääseda, siis peab regioone jaotama aadressiruumi nii mitu korda, kui tarvis. See on probleem, kuna mälujaotus on üks effektiivseim kettalt mälule operatsioon, kui see on operatsioonisüsteemis korralikult implementeeritud.
  • Mõne algoritmid, nagu andmete krüpteerimine, suudavad 64-bitistel süsteemidel (kui muidugi tarkvara on 64-bitise toega) joosta 3 kuni 5 korda kiiremini kui 32-bitistel arhitektuuridel.
  • Osadel 64-bitistel arhitektuuridel, nagu x86-64, on rohkem üldotstarbelisi registereid kui nende 32-bitilistel analoogidel. Sellest saab selge kiiruse võidu, kuna protsessor ei pea minema teise taseme vahemällu või põhimällu - rohkem andmeid mahub registritesse.
  • Peamine puudus 64-bitisel arhitektuuril on see, et sama suurusega andmehulk võtab mälus rohkem ruumi. See suurendab mälukasutust ja võib tekitada implikatsioone protsessori vahemälu utiliseerimisel.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. "i860 64-Bit Microprocessor". Intel. 1989. Vaadatud 30. november 2010. 
  2. Richard L. Sites: "Alpha AXP Architecture", Digital Technical Journal, Volume 4, Number 4, 1992, Digital Equipment Corporation.
  3. Atari Jaguar History. AtariAge. Retrieved 9 August 2010.
  4. Linley Gwennap: "UltraSparc Unleashes SPARC Performance", Microprocessor Report, Volume 8, Number 13, 3 October 1994, MicroDesign Resources.
  5. J. W. Bishop, et al.: "PowerPC AS A10 64-bit RISC microprocessor", IBM Journal of Research and Development, Volume 40, Number 4, juuli 1996, IBM Corporation.
  6. Linley Gwennap: "PA-8000 Combines Complexity and Speed", Microprocessor Report, Volume 8, Number 15, 14. november 1994, MicroDesign Resources.
  7. F. P. O'Connell and S. W. White: "POWER3: The next generation of PowerPC processors", IBM Journal of Research and Development, Volume 44, Number 6, November 2000, IBM Corporation.
  8. VIA Unveils Details of Next-Generation Isaiah Processor Core VIA Technologies, Inc.
  9. Stefan Berka: "Unicos Operating System" www.operating-system.org
  10. 10,0 10,1 John Siracusa. "Mac OS X 10.6 Snow Leopard: the Ars Technica review". Ars Technica. p. 5. Vaadatud 2009-09-06. 
  11. Windows 7: 64 bit vs 32 bit? W7 Forums
  12. Frequently Asked Questions About the Java HotSpot VM Sun Microsystems, Inc

Välislingid[muuda | redigeeri lähteteksti]