Разрядность процессора составляет 32 бита, что соответствует частоте шины памяти

Обновлено: 21.11.2024

Биты и операционные системы

В настоящее время существуют 32-разрядные и 64-разрядные процессоры, операционные системы и программы.

Разрядность в информатике – это количество битов, которое устройство может одновременно обрабатывать. Есть:

Разрядность процессора — емкость его машинного слова.
Емкость шины данных — емкость операционной системы.
Емкость программ и приложений.

Все эти разные понятия пересекаются и могут частично зависеть друг от друга. На самом низком уровне находится мощность процессора.

Мы должны рассмотреть несколько вопросов:

Проблемы, связанные с битовой глубиной.
Разрядность процессора и разрядность ОС и их взаимосвязь.
Рост разрядности происходил исторически и почему он остановился на данный момент.

Увеличение емкости системы свыше 64 в настоящее время может представлять интерес только для узкого круга прикладных задач.

С ростом разрядности повышается и точность вычислений.

Исходя из предыдущего разговора, мы можем сделать вывод, что системы с 64-битным процессором теперь достаточно для основной массы пользователей.

64-разрядная система обеспечивает достаточную производительность компьютера для большинства профессиональных приложений, таких как:

Математика
Физика
Геодезия
Картография
Криптография
Базы данных

64- или даже 32-битные разрядности достаточны для большинства практических вычислений. Более широкая шина памяти может ускорить загрузку инструкций и данных, а это очень много.

Тем не менее, каждая инструкция также требует больше памяти и вычислительной мощности, когда она использует больше битов.

Более высокая разрядность операционной системы не означает напрямую более высокую скорость.

Увеличение разрядности системы, вопреки ожиданиям, не дает прироста производительности пропорционально увеличению разрядности и возможно.

Наоборот, будет тормозить из-за необходимости обрабатывать более длинные адреса.

Нам просто нужно подождать и посмотреть.

Давайте подробно рассмотрим, почему это так:

Разрядность процессора

Основной характеристикой процессора является его тактовая частота. Это количество циклов в секунду. А вот разрядность процессора, в свою очередь, определяет объем обработки данных за такт, которыми процессор обменивается с оперативной памятью (ОЗУ).

Исторически сложилось так, что увеличение разрядности процессора больше связано с увеличением адресного пространства, увеличением длины и сложности выполняемых инструкций.

При этом увеличение быстродействия процессоров за счет этого увеличения не рассматривается, вероятно, из-за незначительности этой величины.

В 1982 году Intel анонсировала i80286, 16-разрядный x86-совместимый микропроцессор второго поколения. Это улучшенная версия процессора Intel 8086.

Главные преимущества нового процессора — повышение производительности в 3-6 раз и дополнительные режимы адресации. Однако его главным атрибутом была совместимость с существующим программным обеспечением.

В 1985 году Intel выпустила процессор i80386, возможно, самое значительное событие в истории процессоров x86. Это было революционно: 32-битный многозадачный процессор с возможностью запуска нескольких программ одновременно.

В Intel 386 значительно улучшено управление памятью по сравнению с i80286 и встроена многозадачность, что позволило разрабатывать операционные системы Microsoft Windows и OS/2.

На самом деле до недавнего времени большинство процессоров представляли собой не что иное, как быстрые 386-е.

Многие современные программы используют ту же архитектуру 386, но работают быстрее.

В 1989 году Intel выпустила процессор 80486 (также известный как i486, Intel 486 или просто 486th). Это 32-разрядный скалярный x86-совместимый микропроцессор четвертого поколения, построенный на гибридном ядре CISC-RISC.

80486 — это улучшенная версия микропроцессора 80386. Кроме того, это был первый микропроцессор со встроенным математическим сопроцессором (FPU).

В 2002 году Intel предложила 64-разрядную архитектуру для замены процессоров Intel процессорами AMD (AMD64). Intel представила новое обозначение EM64T (Extended Memory 64-Bit Technology), чтобы не отставать от своих конкурентов.

В настоящее время используются как 32-разрядные, так и 64-разрядные процессоры. Здесь необходимо некоторое пояснение. В обозначении процессорных архитектур мы встречаем аббревиатуры x86 и x64.

С переходом на 64-битную архитектуру разрядность внутренних регистров 64-битных процессоров удвоилась (с 32-бит до 64-бит). В результате 32-битные кодовые команды x86 получили 64-битные аналоги.

Кроме того, за счет расширения ширины адресной шины значительно увеличился объем памяти, адресуемой процессором.

Одним из основных различий между системами x86 и x64 является использование оперативной памяти компьютера.

Предел использования ОЗУ для 32-разрядных систем составляет 2 ^ 32 = 4 294 967 296 бит или 4 ГБ. Если на устройстве установлено более 4 ГБ оперативной памяти, остальное система использовать не будет. Для 64-разрядных систем это будет 2 ^ 64 = 18 446 744 073 709 551 616 или 18 миллионов терабайт.

Когда размер оперативной памяти превысит это значение?

Основной недостаток архитектуры x64 заключается в том, что 64-разрядные программы используют гораздо больше оперативной памяти для выполнения своей работы. Поэтому, если у вас мало оперативной памяти, ставить x64 не имеет смысла.

Кроме того, нужно учитывать, что сама операционная система (ОС) также использует часть оперативной памяти.

Основной причиной внедрения 64-разрядной архитектуры является разработка приложений, которым требуется большое адресное пространство.

Ограничение в 4 ГБ ОЗУ для 32-разрядных систем влияет на производительность таких ресурсоемких программ.

Когда приложение с 64-битной архитектурой более эффективно:

Высокопроизводительные серверы и системы управления базами данных, где скорость работы многократно возрастает с увеличением объема оперативной памяти
Системы проектирования, моделирование конструкций и технологические процессы, такие как геодезия и картография.
Вычислительные системы для математических и научных расчетов и моделирования физических экспериментов
Криптография, сила которой растет с ростом длины операндов и ключей
Моделирование трехмерных ситуаций

Кроме того, 64-разрядные процессоры позволяют эффективно обрабатывать огромные числа. Вычисления с большими числами или требованиями высокой точности — одна из сильных сторон 64-битной архитектуры, потому что даже обычное число с плавающей запятой точно укладывается в 64-битное число. Эта функция востребована в некоторых конкретных операциях, таких как шифрование или кодирование мультимедиа.

Разрядная версия операционной системы

Как мы узнали выше, первична разрядность процессора. Чтобы правильно выбрать ОС, нужно знать битрейт вашего процессора и объем оперативной памяти. Если у вас х64-битный процессор и оперативная память больше 4 ГБ (в идеале от 6 ГБ), однозначно стоит установить х64-битную систему.

Если объем оперативной памяти в вашей системе составляет ровно 4 ГБ, иногда люди установят 64-разрядную систему, чтобы не потерять полгигабайта памяти. Но это заблуждение, поскольку система x64 использует для своей работы больше памяти, что делает такую установку нецелесообразной.

Когда объем оперативной памяти не превышает 4 ГБ, а процессор еще и работает в режиме x32, ничего не остается, кроме как установить ОС x32.

В чем разница между x64? 64-битная ОС «видит» большие объемы памяти, умеет с ними работать и позволяет запускать 64-битные приложения.

На каждый бит, который вы добавляете в архитектуру ОС, мы удваиваем количество доступных адресов. Адреса — это количество комбинаций, которые вы можете сформировать с заданным количеством битов. Например:

1 бит = 0 или 1, что в сумме дает 2 комбинации

2 бита = 00, 01, 10 или 11, что в сумме дает 4 комбинации

3 бита = 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 или 111, всего 8 комбинаций

Таким образом, переход от 32-битного (всего 4 294 967 296 комбинаций) к 64-битному (всего 18 446 744 073 709 551 616 комбинаций) уже является излишним. И дело не только в адресуемом пространстве, которое было значительно увеличено. Посмотрите на эту таблицу для операционных систем Windows:

< tr>< /tr>

Архитектурный компонент	64-битные окна	32-битные окна
Виртуальная память	16 терабайт	4 ГБ
Размер файла подкачки	256 терабайт< /td>	16 терабайт
Гиперпространство	8 ГБ	4 МБ
Выгружаемый пул	128 ГБ	470 МБ
Невыгружаемый пул	128 ГБ	256 МБ
Системный кэш	1 терабайт	1 ГБ
Системные PTE	128 ГБ	660 МБ

64-разрядная ОС также позволяет запускать обычные 32-разрядные программы. Таким образом, вам не нужны настройки для этого.Просто в 64-битной системе есть подсистема для выполнения 32-битных приложений.

Поэтому вы можете успешно устанавливать и работать как с 32-разрядными, так и с 64-разрядными приложениями. Однако, хотя 32-разрядные приложения могут работать в 64-разрядной ОС, наоборот это не работает!

Следующий технический момент заключается в том, что для 64-разрядных операционных систем требуются 64-разрядные драйверы.

Как правило, все современные ПК, ноутбуки и периферийные устройства имеют две версии драйверов на прилагаемом установочном диске; то есть 32- и 64-битные. При работе с современными устройствами проблем с этим быть не должно.

64-разрядные программы предоставляют программам прямой доступ к объему памяти, примерно в миллиард раз превышающему объем памяти современных ПК.

Тем не менее, даже для специализированных суперкомпьютеров это ограничение может быть преодолено другими архитектурными изменениями, помимо простого увеличения количества битов.

Большинство чисел редко превышает несколько миллионов в типичной компьютерной программе, намного меньше, чем 64-битные числа, которые составляют миллиарды миллиардов (18 446 744 073 709 551 616).

Компьютерные программы также часто используют так называемые числа с плавающей запятой, которые представляют собой дробные числа. Здесь количество битов повышает точность.

Однако точность битов с плавающей запятой не имеет ничего общего с битами операционной системы или объемом памяти.

Преимущества Bit Growth для операционных систем и процессоров:

Увеличение адресного пространства при переходе с 32-разрядной системы на 64-разрядную, но в обозримом будущем ее будет сложно использовать.
Более высокая точность вычислений. В 64-битной системе с увеличением разрядности происходит увеличение точности вычислений. Но пока эти требования возникают только для прикладных специализированных расчетов.

Переход к 64-битам позволяет обрабатывать числа до 64-бит за одну арифметическую операцию.

Однако необходимость работы с числами свыше двух миллиардов (32 разряда) возникает нечасто. Таким образом, реальная польза от этого новшества возможна для криптографии и серьезных научных исследований.

Мозгом или механизмом ПК является процессор (иногда называемый микропроцессором) или центральный процессор (ЦП). ЦП выполняет системные вычисления и обработку. В этой главе вы познакомитесь с историей процессора и подробно объясните, как на самом деле работает крошечный мозг вашего компьютера.

Эта глава из книги

Эта глава из книги 

История микропроцессоров до ПК

Мозгом или механизмом ПК является процессор (иногда называемый микропроцессором) или центральный процессор (ЦП). ЦП выполняет системные вычисления и обработку. Процессор часто является самым дорогим отдельным компонентом в системе (хотя цены на графические карты в некоторых случаях превышают его); в системах более высокого класса он может стоить в четыре или более раз больше, чем материнская плата, к которой он подключается. Как правило, Intel приписывают создание первого микропроцессора в 1971 году с появлением чипа под названием 4004. Сегодня Intel по-прежнему контролирует рынок процессоров, по крайней мере, для ПК, хотя с годами AMD завоевала солидную долю рынка. Это означает, что все ПК-совместимые системы используют либо процессоры Intel, либо Intel-совместимые процессоры нескольких конкурентов (например, AMD или VIA/Cyrix).

Доминирование Intel на рынке процессоров не всегда было гарантировано. Хотя обычно Intel приписывают изобретение процессора и выпуск первого процессора на рынок, к концу 1970-х годов два самых популярных процессора для персональных компьютеров были не от Intel (хотя один из них был клоном процессора Intel). процессор). Персональные компьютеры того времени в основном использовали Z-80 от Zilog и 6502 от MOS Technologies. Z-80 был известен как улучшенный и менее дорогой клон процессора Intel 8080, подобно тому, как такие компании, как AMD, VIA/Cyrix, IDT и Rise Technologies, клонировали процессоры Intel Pentium. Однако в случае с Z-80 клон стал намного популярнее оригинала. Кто-то может возразить, что AMD добилась такого статуса за последний год или около того, но даже несмотря на то, что они добились значительных успехов, Intel по-прежнему контролирует рынок процессоров для ПК.

Тогда у меня была система, содержащая оба этих процессора, состоящая из 1 МГц (да, это 1, как в одном мегагерце!) Система Apple II на базе 6502 с Microsoft Softcard (Z -80) вставляется в один из слотов. Softcard содержала процессор Z-80 с тактовой частотой 2 МГц. Это позволило мне запускать программное обеспечение для обоих процессоров в одной системе.Z-80 использовался в системах конца 1970-х и начала 1980-х годов, которые работали под управлением операционной системы CP/M, в то время как 6502 был наиболее известен своим использованием в ранних компьютерах Apple I и II (до Mac).

Судьба как Intel, так и Microsoft резко изменилась в 1981 году, когда IBM представила IBM PC, основанный на процессоре Intel 8088 с частотой 4,77 МГц и работающем под управлением Microsoft Disk Operating System (MS-DOS) 1.0. С тех пор как было принято судьбоносное решение использовать процессор Intel в первом ПК, в последующих ПК-совместимых системах использовалась серия процессоров Intel или Intel-совместимых процессоров, причем каждый новый процессор был способен запускать программное обеспечение предыдущего процессора — начиная с 8088 до текущих Pentium D/4/Celeron и Athlon XP/Athlon 64. В следующих разделах рассматриваются различные типы процессорных микросхем, которые использовались в персональных компьютерах с момента появления первого ПК почти два десятилетия назад. В этих разделах содержится много технических подробностей об этих микросхемах и объясняется, почему один тип микросхемы ЦП может выполнять больше работы, чем другой, за определенный период времени.

Но так ли это важно, если большинство новых ПК имеют 64-разрядный процессор? Вот реальная разница между 32-битной и 64-битной версиями.

Вот почему это важно

Проще говоря, 64-разрядный процессор более эффективен, чем 32-разрядный, поскольку он может обрабатывать больше данных одновременно. 64-разрядный процессор может хранить больше вычислительных значений, включая адреса памяти, что означает, что он может получить доступ к физической памяти, в 4 миллиарда раз превышающей объем физической памяти 32-разрядного процессора. Это так же важно, как кажется.

Вот ключевое отличие: 32-разрядные процессоры вполне способны обрабатывать ограниченный объем ОЗУ (в Windows 4 ГБ или меньше), а 64-разрядные процессоры могут использовать гораздо больше. Конечно, для этого ваша операционная система также должна быть спроектирована таким образом, чтобы использовать больший доступ к памяти. На этой странице Microsoft описаны ограничения памяти для нескольких версий Windows, но если вы используете последнюю версию Windows 10, вам не нужно беспокоиться об ограничениях.

В связи с увеличением доступности 64-разрядных процессоров и увеличением объема ОЗУ Microsoft и Apple обновили версии своих операционных систем, чтобы в полной мере использовать преимущества новой технологии. Первой полностью 64-разрядной операционной системой стала Mac OS X Snow Leopard в 2009 году. Между тем, первым смартфоном с 64-разрядным чипом (Apple A7) стал iPhone 5s.

Билл Роберсон/Digital Trends

В Microsoft Windows базовая версия операционной системы накладывает программные ограничения на объем ОЗУ, который могут использовать приложения. Даже в окончательной и профессиональной версии операционной системы 4 ГБ — это максимальная используемая память, которую может обрабатывать 32-разрядная версия. Хотя последние версии 64-разрядных операционных систем могут значительно увеличить возможности процессора, реальный скачок мощности происходит за счет программного обеспечения, разработанного с учетом этой архитектуры.

Приложения и видеоигры, требующие высокой производительности, уже используют преимущества увеличения доступной памяти (по этой причине мы рекомендуем 8 ГБ почти всем). Это особенно полезно в программах, которые могут хранить большой объем информации для немедленного доступа, например в программах для редактирования изображений, которые одновременно открывают несколько больших файлов.

Большинство программного обеспечения обратно совместимо, что позволяет запускать 32-разрядные приложения в 64-разрядной среде без дополнительной работы или проблем. Программное обеспечение для защиты от вирусов (это наши любимые) и драйверы, как правило, являются исключением из этого правила, поскольку для правильной работы оборудования в большинстве случаев требуется установка правильной версии.

То же самое, но другое

Вы можете найти отличный пример различий в емкости процессоров данных в файловой сети вашего компьютера. На компьютере с Windows есть две папки Program Files: Program Files и Program Files (x86).

В системе Windows все приложения используют одни и те же общие ресурсы, называемые файлами DLL. Структура этих файлов несколько различается в зависимости от того, используете ли вы 32-разрядное или 64-разрядное приложение. Вы столкнетесь с некоторыми препятствиями, если 32-битное приложение попытается получить 64-битную версию DLL. В таких случаях приложение обычно перестает работать.

Многие приложения по-прежнему используют 32-разрядную операционную систему, поскольку ее дизайн давно присутствует на рынке. Однако на некоторых платформах это меняется. Некоторые разработчики нашли решение; в современных 64-битных системах вы можете запускать как 32-, так и 64-битное программное обеспечение. Компьютер использует два конкретных каталога Program File. Если ваше 32-разрядное приложение находится в правильной папке x86, ваш компьютер сможет получить доступ к правильной 32-разрядной версии.Кроме того, приложения в вашем каталоге Program Files могут получить доступ к другому доступному содержимому.

У меня очень плохие привычки при покупке электронных гаджетов. Разрываясь между покупкой нового ноутбука и переходом с планшета на iPad Pro, я в итоге покупаю и то, и другое и получаю бесконечную лекцию от своего жениха.

Арифметические операции

В целом использование микроконтроллера с большей разрядностью данных позволяет выполнять вычисления с большими числами. 32-битный микроконтроллер может обрабатывать числа без знака от 0 до 4 294 967 295 (предоставлю читателю понять диапазон чисел со знаком!). Если вы используете язык программирования высокого уровня, такой как C, или проприетарную среду IDE (например, AtmelStudio), у вас должен быть доступ к библиотеке, обеспечивающей поддержку больших чисел или использование экспоненциального представления.

Форм-фактор 8-, 16- и 32-разрядных микроконтроллеров

Встроенное программное обеспечение и использование памяти

Скорость и память

Проектирование оборудования и кривая обучения

32-разрядные приложения для микроконтроллеров

Существует множество приложений для 32-разрядного микроконтроллера, но следует обсудить, когда не следует использовать 32-разрядный микроконтроллер. В общем, любое приложение, требующее вычислений, которые неизбежно связаны с большими числами и которые должны выполняться быстрее, должно использовать 16-битный или 32-битный микроконтроллер. Некоторые примеры операций включают вычисления БПФ, обработку изображений, высококачественное аудио или видео, а также приложения для граничных вычислений. Некоторые задачи с интенсивным использованием памяти и обработки, связанные с машинным обучением или искусственным интеллектом, лучше реализовать с помощью чего-то более мощного, например микроконтроллера ARM или одноплатного компьютера.

Выберите лучший микроконтроллер для вашей печатной платы

Если вам нужен простой в использовании инструмент для компоновки печатных плат, который включает в себя все необходимое для создания высококачественных печатных плат, пригодных для изготовления, обратите внимание на CircuitMaker. В дополнение к простому в использовании программному обеспечению для проектирования печатных плат все пользователи CircuitMaker имеют доступ к личному рабочему пространству на платформе Altium 365. Вы можете загружать и хранить свои проектные данные в облаке, а также легко просматривать свои проекты через веб-браузер на защищенной платформе.

Читайте также: