¿Qué tamaño tienen los 128 bits?
Con la llegada de Windows 7 en formato de arquitectura de 32 y 64 bits, la creencia es que los próximos procesadores y sistemas operativos serán de 128 bits. ¿Es eso cierto y es la siguiente progresión natural?
¿Qué es la computación de 128 bits? Bueno, empezando con la computación de 32 bits, la CPU es capaz de procesar 232 bits de información, es decir, 4.294.967.296 o un poco más de 4 gigas. La computación de 64 bits es igualmente 264 o 18.446.744.073.709.551.616; esto es más de 18 exobytes de memoria (quintillón). Eso es sólo para 64 bits. ¿Y para 128 bits? Son 2128 o 3,4028236692093846346337460743177+38 bits. Son muchos bits con los que trabajar. Entonces, ¿es necesario? Esa es la cuestión; los bits operativos y los bits disponibles son dos cosas diferentes. ¿Pueden los ordenadores, y lo que es más importante, el software, utilizar ese tipo de espacio de bits?
La CPU
Responder a la pregunta anterior dependerá de la estructura de la CPU. La CPU tiene registros, las ALUs (unidad aritmética-lógica ), que hace las matemáticas, y el bus de datos, que mueve los datos de la caché a la memoria. El ciclo fetch-execute es importante a la hora de abordar cómo se procesan los datos.
Los registros no forman parte de la memoria, sino que son áreas de almacenamiento temporal y funcionan bajo la apariencia de la unidad de control. Toman instrucciones o datos y realizan operaciones lógicas o aritméticas. Más información sobre la función de una CPU o unidad de microprocesador.
Los registros en la CPU
¿Qué hace el registro?
Los registros reciben la información de la memoria o de la CPU, la mantienen temporalmente y la pasan según las indicaciones de la unidad de control. Los registros están ligados a un reloj, donde una instrucción en el registro se ejecuta en un ciclo de reloj. El número de registros varía de un ordenador a otro; cada uno está diseñado para realizar una función específica. Los registros tienen una capacidad de almacenamiento específica en función del número de bits con los que están diseñados. Normalmente hay 14 registros en un microordenador.
1]El registro acumulador es un registro de datos especial y almacena el resultado del último paso de procesamiento de la ALU.
2]Los registros visibles para el usuario se dividen en registros de datos y registros de direcciones.
3]Los registros de direcciones se utilizan para mantener los registros de memoria y el siguiente dato.
4]Los registros de datos almacenan datos.
5]Los registros de condición se utilizan para determinar si la instrucción debe ejecutarse o no.
6]Los registros constantes se utilizan para almacenar valores de sólo lectura.
7]Los registros de punto flotante almacenan números de punto flotante.
8]Los registros de propósito general mantienen los datos y las direcciones.
9]Los registros de propósito especial se utilizan para almacenar el estado del programa y consta de contador de programa,
10]puntero de pila y
11]registros de estado.
12]El contador de programa mantiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.
13]El registro de instrucción mantiene la instrucción mientras se ejecuta.
14]El registro de índice almacena un índice de direcciones de memoria.
Puede leer sobre Una interpretación visual de cómo funciona una CPU y aprender información adicional sobre los registros.
Extensión de direcciones físicas en procesadores de 32 bits
¿Así que hay una manera de que el procesador de 32 bits funcione como uno de 64 bits? En realidad sí la hay. Se llama Physical Address Extension (PAE).
La Extensión de Direcciones Físicas es una técnica que permite a las CPUs direccionar más memoria de la disponible por diseño. Sólo se puede hacer en los sistemas x86, en los que se puede hacer que los 32 bits funcionen hasta los 64 bits. Esto se consigue cuando el registro de direcciones divide la memoria total en diferentes bancos de espacio en los que puede permitir el acceso a la memoria completa. Así que cuando el registro de datos de 32 bits recibe datos, puede dividir los datos en un segundo banco y obtener la operación de 64 bits y se procesa en un ciclo.
Cuando este proceso se pone en marcha, los registros de 32 bits actúan en conjunto para imitar un registro de 64 bits. Esto permite que el ciclo de la CPU funcione para procesar dos registros y enviarlos a la ALU para su procesamiento en un solo ciclo. Pero esta no es la única implementación de la CPU disponible.
Acceso no uniforme a la memoria
Otra implementación de la CPU es el Acceso no uniforme a la memoria (NUMA), que permite a las CPUs acceder a la memoria independientemente de la distancia de las direcciones de memoria. Como algunas ubicaciones de memoria están más cerca de la CPU mientras que otras están más lejos, la CPU tardará más en procesar los datos de la memoria que está más lejos. Para solucionarlo, la CPU se divide en nodos, de modo que el procesamiento se realiza por nodo y, por tanto, es más rápido independientemente de la ubicación física de la memoria. Así, las aplicaciones pueden aprovechar el procesamiento de 64 bits en un entorno de 32 bits si existe NUMA. Esto plantea la pregunta: ¿puede este tipo de procesamiento permitir operaciones de 128 bits?
Sistema operativo de 64 bits y 128 bits
Usar sistemas de 128 bits no es inevitable mientras haya procesos en la CPU que puedan utilizarse para hacer que un procesador de 32 bits actúe como uno de 64 bits, y que un procesador de 64 bits actúe como uno de 128 bits. Si la Extensión de Direcciones Físicas, que ahora sólo se aplica a los sistemas x86 (32 bits), se modificara a los sistemas de 64 bits para permitirles actuar como sistemas de 128 bits, se avanzaría en el trabajo con 128 bits. Lo mismo ocurre con las modificaciones que utilizan NUMA, en este caso por el número de ubicaciones de memoria que están distanciadas de la CPU tienen que ser utilizadas porque las CPUs de 64 bits serán naturalmente más grandes en tamaño que una CPU de 32 bits.
Por último, hay algunas aplicaciones, como la encriptación de 128 bits, o la criptografía, que pueden aprovechar naturalmente la CPU de 128 bits. El proceso de encriptación será más rápido porque sólo se necesitará un ciclo de procesamiento para hacer la encriptación. Pero esto demuestra que para aprovechar al máximo el procesador de 128 bits, es necesario tener aplicaciones que estén escritas para integrarse perfectamente en las operaciones de la CPU.
En este punto, ese es uno de los mayores inconvenientes en las prácticas de aplicación. La mayoría de las aplicaciones todavía están escritas sólo para el nivel de 32 bits, ni siquiera están en el nivel de 64 bits. Para ello, los programas de diseño de software han sido reescritos para crear aplicaciones de 128 bits. Los programas de diseño de software como Visual Studio, o el .Net Framework, o SQL Server 2005, o SQL Server 2008, tendrían que producir aplicaciones de 128 bits. Pero no están a ese nivel: ahora generan aplicaciones de 32 bits.
¿Qué conseguirá un proceso de 128 bits?
La respuesta natural a esa pregunta es una mayor y más rápida capacidad de procesamiento. Las aplicaciones complejas que necesitan mucha potencia de procesamiento, es decir, el procesamiento que se puede realizar en un ciclo de la CPU, son ideales. Se trata de operaciones de ingeniería, matemáticas o científicas. Se trata de sofisticados modelos financieros o económicos. También se trata de procesamientos médicos, biológicos o químicos complejos que deben realizarse con rapidez. Cualquiera de estas aplicaciones que necesite generar resultados rápidamente puede beneficiarse de un sistema operativo que pueda estar sincronizado con una CPU de 128 bits. Puede leer sobre temas de arquitectura de 128 bits en Windows 128 Bit Architecture – How much RAM can a Processor Handle.
Intel Micro Architecture Image: Wikimedia Commons
Arquitectura de Intel 1820 Imagen: Wikimedia Commons
Numa: Imagen Wikimedia Commons
Este post forma parte de la serie: Computación de 64 bits vs. Computación de 32 bits
A medida que las CPUs se vuelven más sofisticadas, también lo hacen los sistemas operativos que las soportan. Esto ocurre ahora con el ordenador de 64 bits y el antiguo de 32 bits. Entender cómo afecta el tamaño de la CPU al sistema operativo es el objetivo de esta serie de artículos.
- La diferencia entre Windows7 X64 y X86
- Comparando la diferencia entre Windows 7 de 32 bits y 64 bits
- ¿Podemos lograr la operatividad de un sistema operativo de 128 bits y qué logrará?