Упаковка компьютера или компьютерного оборудования переполнена техническими терминами и значками. Один из самых заметных – 64-битный
Индустрия технологий изобилует ‘жужжащими’ словами. Упаковка компьютера или компьютерного оборудования переполнена техническими терминами и значками. Один из самых известных – 64-битный. Возникает вопрос, что именно означает 64-бит? Что он подразумевает? И, самое главное, что это значит для вас?
Эта статья служит как техническим, так и практическим объяснением природы 64-битных вычислений
Что такое 64-битные вычисления?
Информация в компьютерах обычно представлена в битах – двоичной последовательности (что такое двоичная последовательность?) единиц и нулей. Чем больше у вас битов, тем больше информации вы можете представить. В частности, последовательность из n битов может представлять 2n различных частей информации
Многие аппаратные компоненты не работают с непрерывным потоком данных, а обрабатывают данные частями, ограниченными определенным размером бита. Процессор аналогично ограничен размером слова: естественной единицей данных процессора. Помимо прочего, размер слова определяет количество информации, которое может быть обработано за один проход (за один цикл аппаратного тактового генератора), и объем памяти RAM, к которой можно получить доступ
Когда мы говорим о 64-битном процессоре, мы имеем в виду процессор с 64-битным размером слова
Операционная система играет ключевую роль в общении с аппаратными компонентами. Именно операционная система управляет планированием процессов, адресацией памяти и доступом к хранилищу. Чтобы в полной мере использовать 64-битное оборудование, операционная система также должна повысить свою производительность. Именно по этой причине различие между 32- и 64-битными версиями переносится на операционную систему (например.существует отдельная 64-битная версия Windows). Таким образом, 64-битная операционная система – это система, разработанная для использования 64-битного оборудования
На рынке потребительских компьютеров 64-битные вычисления используются для обозначения комбинации 64-битного оборудования (в частности, процессора) и 64-битной операционной системы
От 32-битного к 64-битному
Несколько десятилетий назад, когда 32-битные процессоры только разрабатывались, длина слова в 32 бита казалась достаточной. В те времена 4 МБ памяти были стандартом, поэтому 4 гигабайта (предел адресации памяти 32-битного процессора) считались астрономической величиной. Разница надеялась обеспечить достаточный буфер, чтобы выдержать испытание временем
Как мы теперь знаем, это было не совсем верно. Объемы памяти в четыре и восемь гигабайт сегодня являются стандартом для нового потребительского оборудования. Для коммерческого оборудования, серверов и мощных настольных компьютеров, регулярно используется еще больший объем памяти. Еще через несколько лет эти цифры снова станут карликовыми
В некоторых областях текущее оборудование приближается к пределу того, что может быть реально достигнуто при использовании 32-битной архитектуры. Сейчас индустрия находится в переходном периоде между 32-битными и 64-битными вычислениями. Благодаря нескольким усилиям по обеспечению обратной совместимости (подробнее об этом позже) этот переход должен оказаться относительно безболезненным
Преимущества 64-битных вычислений
Переход от 32-битных к 64-битным вычислениям имеет несколько практических преимуществ для пользователей. Наиболее заметным является влияние на скорость обработки данных и объем памяти
Скорость и точность
При 64-битном размере слова размер кусков, которыми процессор может обрабатывать данные, удваивается. Что еще более важно, спецификация x86-64 увеличивает количество регистров общего назначения с 8 до 16, что делает 64-битный процессор технически более быстрым
Это также влияет на точность, которой может достичь процессор в своих вычислениях; в конце концов, процессор может использовать вдвое больше бит для представления одного числа. С 64 битами можно составить в 4 миллиарда раз больше комбинаций, чем с 32 битами
Поддержка большего объема памяти
При работе с оперативной памятью компьютера используются адреса памяти. Эти адреса памяти передают расположение инструкций или данных в физической памяти компьютера (RAM). Хотя было придумано множество хитроумных схем адресации, количество доступных адресов ограничено максимальным числом составляющих его битов
Для 32-битных вычислений теоретически можно адресовать 4 гигабайта оперативной памяти. Если в 32-битную систему установить больше оперативной памяти, то у процессора просто не будет возможности обратиться к дополнительной памяти. На самом деле ситуация еще более плачевна. Некоторые операционные системы резервируют часть доступной памяти для ядра операционной системы.Windows, например, обычно заявляет от 1 до 2 гигабайт для использования ядром, что еще больше снижает объем памяти, доступной для приложений в пользовательском пространстве
Если вы хотите использовать более 4 гигабайт памяти, 64-битные вычисления предлагают решение. Эти 32 дополнительных бита дают 64-битной схеме адресации теоретический верхний предел в 16 экзабайт (это 16 миллиардов гигабайт, или 16 миллионов терабайт). В реальности это число меньше. Чтобы дать вам представление, текущий AMD64 (который является версией спецификации x86-64 от AMD) поддерживает физическое адресное пространство размером около 256 терабайт
Картирование памяти
Компьютерная память на несколько порядков быстрее, чем компьютерное хранилище – даже SSD-накопитель. Картирование памяти используется для ускорения некоторых взаимодействий с хранилищем. Упрощенно, оно загружает часто используемые файлы из хранилища в память компьютера, тем самым ускоряя последующий доступ
Картирование памяти уже давно используется в операционных системах, так что для 64-битных вычислений это не новинка. Однако существует заметная тенденция роста размеров файлов. Большие данные, большое видео, большие игры и так далее. При максимальном объеме памяти компьютера в 4 гигабайта (см. раздел выше), отображение памяти также постепенно ухудшается
Какие же приложения получат выгоду?
Если говорить конкретно, то это приложения, которые работают с большими данными. Вашему среднему текстовому процессору или веб-браузеру не нужно много памяти и регистров процессора. Они будут прекрасно работать с 32-битным процессором и 4 гигабайтами памяти. Однако даже для веб-браузеров разница хорошо заметна
Приложения, работающие с кодированием, декодированием и шифрованием, могут извлечь большую пользу из дополнительных регистров в 64-битных процессорах. Одним из таких примеров является преобразование видео. 3D-приложения могут выиграть, если рендеринг требует больших затрат процессора. В играх основную нагрузку по рендерингу берет на себя GPU, и игры в основном выиграют от дополнительной оперативной памяти
При правильной реализации некоторые программные процессы HPC (высокопроизводительных вычислений), такие как стресс-тестирование, многозадачность и кластеризация, также могут выиграть от 64-битных вычислений
Недостатки 64-битных вычислений
Хотя большинство доказательств говорит в пользу 64-битных вычислений, следует упомянуть и о недостатках. Наиболее заметные: повышенное использование памяти и отсутствие совместимости 16-битного программного обеспечения и 32-битных драйверов
Совместимость подробно обсуждается в следующем разделе
Повышенное использование памяти
Одни и те же данные могут занимать больше памяти на 64-битной системе, чем на 32-битной. В основном это связано с увеличением длины некоторых внутренних структур, таких как адреса памяти (большие указатели) и 64-битные числа. В больших масштабах это не очень заметно. Не стоит беспокоиться, если у вас достаточно памяти для 64-битной системы
Совместимость
Люди потратили много усилий, чтобы сделать переход между 32-битными и 64-битными вычислениями как можно более плавным. Совместимость в 64-битных вычислениях может рассматриваться на нескольких уровнях. Мы начнем с процессора компьютера и пройдем путь до компьютерных приложений
Совместимость процессоров
Центральная часть 64-битного парада, вам, конечно же, нужен 64-битный процессор. Узнать, есть ли у вас 64-битный процессор, можно на сайте производителя или с помощью инструмента Securable от Gibson Research Corporation. Этот инструмент более подробно рассматривает процессор вашего компьютера и может сказать вам, имеет ли он 64-битную максимальную длину бита, среди прочего. Помощник по обновлению Windows 8. 1 скажет вам то же самое
64-битные процессоры стали стандартом для потребительских компьютеров с тех пор, как в 2003 году появились процессоры x86-64. Если вы купили свой процессор в последние несколько лет, то, скорее всего, у вас 64-разрядный процессор
Совместимость операционных систем
64-битные процессоры совместимы как с 32-битными, так и с 64-битными операционными системами. В настоящее время все популярные операционные системы поставляются в этих двух вариантах. Если у вас 64-разрядный процессор, вы можете выбрать, какой из этих двух вариантов установить. Хотя, если вы хотите в полной мере использовать преимущества 64-битного процессора, вам придется выбрать и 64-битную операционную систему
Возможно, вы уже используете 64-битную операционную систему
Совместимость драйверов
Очень важно отметить, что 32-битные драйверы не совместимы с 64-битной операционной системой, и наоборот. Другими словами, для работы вашего оборудования с 64-битной операционной системой необходим 64-битный драйвер. Почти для всего недавно выпущенного оборудования поставляется как 32-битный, так и 64-битный драйвер. Если вы пойдете в магазин и купите принтер HP, будьте уверены, что он будет иметь 64-битные драйверы
Основная проблема существует со старым оборудованием, для которого в некоторых случаях производитель оборудования не может (или не хочет) выпускать новые драйверы с 2003 года. Другими словами, оборудование, которое не поддерживалось активно в течение последнего десятилетия. Опять же, вы можете уточнить у производителя, поставляются ли 64-битные драйверы. Для большинства продуктов их можно загрузить со страницы поддержки производителя
Вы также можете проверить Центр совместимости Windows. Если продукт сертифицирован для Windows 8. 1, гарантируется, что он будет работать как на 32-разрядной, так и на 64-разрядной версии операционной системы
Совместимость программного обеспечения
Много усилий было потрачено в надежде сделать неизбежный переход от 32-битных к 64-битным вычислениям как можно более безболезненным. В результате совместимость программного обеспечения практически не вызывает проблем. По сути, почти все 32-битное программное обеспечение совместимо с 64-битными операционными системами
Два типа программного обеспечения не поддерживаются в 64-битной операционной системе. Во-первых, из-за совместимости драйверов, рассмотренной в предыдущем разделе, программное обеспечение не может полагаться исключительно на конкретный 32-битный драйвер. Во-вторых, программное обеспечение не должно включать 16-битный код (еще более древний предшественник 32-битного) в свой собственный код
Вы можете еще раз проверить Центр совместимости Windows, чтобы узнать, будет ли 32-битная программа работать на 64-битной операционной системе Windows. При сертификации Windows 8. 1 она будет работать как на 32-битных, так и на 64-битных версиях операционных систем
Вы сейчас используете 64-битную или 32-битную систему? Что заставило вас перейти или что вас сдерживает? Напишите в комментариях!
Кредиты на изображения: Алексей Марк, Derter
Комментировать