Hvad er funktionerne i et 128 bit operativsystem

Hvor stort er 128 bits?

Med Windows 7 i 32 bit og 64 bit arkitekturformat tror man, at de næste processorer og operativsystemer vil være 128 bit. Er det sandt, og er det den næste naturlige udvikling?

Hvad er 128 bit-computere? Hvis man starter med 32 bit-computere, kan CPU’en behandle 232 bit information, hvilket svarer til 4 294 967 296 eller lidt over 4 gigabyte. 64 bit computing er ligeledes 264 eller 18.446.744.073.709.551.616, hvilket svarer til over 18 exobytes hukommelse (quintillion). Det er kun for 64 bit. Og 128 bit? Det er 2128 eller 3,40282823669692093838463434633633747460743177e+38 bits. Det er mange bits at arbejde med. Er det så nødvendigt? Det er det, der er spørgsmålet; operationelle bits og tilgængelige bits er to forskellige ting. Kan computere, og endnu vigtigere software, bruge den slags bitplads?

Cpu’en

Afhængig af cpu’ens opbygning vil det være muligt at besvare det foregående spørgsmål. CPU’en har registre, ALU’er (aritmetisk-logisk enhed ), som udfører matematikken, og databussen, som flytter data fra cache til hukommelse. Cyklussen fetch-execute er vigtig, når det drejer sig om, hvordan data behandles.

Registre er ikke en del af hukommelsen, men er snarere midlertidige lagerområder, og de arbejder under dække af kontrolenheden. De modtager instruktioner eller data og udfører logiske eller aritmetiske operationer. Der findes flere oplysninger om en CPU’s eller mikroprocessorenheds rolle.

Registrene i CPU’en

Hvad gør registret?

Registrene modtager informationerne fra hukommelsen eller fra CPU’en, opbevarer dem midlertidigt og videregiver dem som anvist af kontrolenheden. Registrene er bundet til et ur, hvor en instruktion i registret udføres i en clockcyklus. Antallet af registre varierer fra computer til computer; hvert register er designet til at udføre en bestemt funktion. Registrene har en specifik lagerkapacitet afhængigt af det antal bits, de er konstrueret med. Normalt er der 14 registre i en mikrocomputer.

1]Akkumulatorregistret er et særligt dataregister, og det gemmer resultatet af ALU’ens sidste behandlingstrin.

2]Brugersynlige registre er opdelt i til dataregistre og adresseregistre.

3]Adresseregistre bruges til at opbevare hukommelsesregistre og det næste stykke data.

4]Dataregistre lagrer data.

5]Betingelsesregistre bruges til at afgøre, om instruktionen skal udføres eller ej.

6]Konstante registre bruges til at lagre skrivebeskyttede værdier.

7]Flydende punktregistre lagrer flydende punkttal.

8]Register til generelle formål lagrer data og adresser.

9]Specialregistre bruges til at gemme programmets status, og det består af programtælleren,

10]stack pointer og

11]statusregistre.

12]Programtælleren indeholder adressen på den næste instruktion, der skal udføres.

13]Instruktionsregistret indeholder instruktionen, mens den udføres.

14]Indeksregistret gemmer et indeks for hukommelsesadresser.

Du kan læse om En visuel fortolkning af, hvordan en CPU fungerer, og få yderligere oplysninger om registre.

Fysisk adresseudvidelse i 32 bit-processorer

Er der så en måde, der får 32 bit-processoren til at fungere som en 64 bit? Det er der faktisk. Det kaldes Physical Address Extension (PAE).

Physical Address Extension er en teknik, der gør det muligt for CPU’er at adressere mere hukommelse, end der er til rådighed ved design. Det kan kun lade sig gøre på x86-systemer, hvor 32 bits kan bringes til at fungere op til 64 bits. Dette opnås, når adresseringsregistret opdeler den samlede hukommelse i forskellige pladsbanker, hvor det så kan give adgang til den fulde hukommelse. Så når 32-bits dataregisteret modtager data, kan det opdele dataene i en anden bank og opnå 64-bitsoperationen, og det behandles i én cyklus.

Når denne proces er sat i gang, fungerer 32-bitsregistrene i fællesskab for at efterligne et 64-bitsregister. Dette gør det muligt for CPU-cyklusen at arbejde for at behandle to registre og sende dem til ALU’en til behandling i én cyklus. Men dette er ikke den eneste CPU-implementering, der findes.

Non-Uniform Memory Access

En anden CPU-implementering er Non-Uniform Memory Access (NUMA), som gør det muligt for CPU’er at få adgang til hukommelsen uanset afstanden mellem hukommelsesadresserne. Da nogle hukommelsesplaceringer er tættere på CPU’en, mens andre er længere væk, vil det tage længere tid for CPU’en at behandle dataene i den hukommelse, der er længere væk. For at løse dette problem opdeles CPU’en i knudepunkter, så behandlingen sker pr. knudepunkt og dermed hurtigere uanset hukommelsens fysiske placering. Programmerne kan således udnytte 64 bit-behandling i et 32 bit-miljø, hvis NUMA er på plads. Dette rejser spørgsmålet: Kan denne type behandling give mulighed for 128 bit-operationer?

64 Bit og 128 Bit OS

Det er ikke uundgåeligt at anvende 128 bit-systemer, mens der er processer i CPU’en, der kan bruges til at få en 32 bit-processor til at opføre sig som en 64 bit-processor, og en 64 bit-processor til at opføre sig som en 128 bit-processor. Hvis Physical Address Extension, som nu kun gælder for x86-systemer (32 bit), blev ændret til 64 bit-systemer, så de kunne opføre sig som 128 bit-systemer, ville det være et skridt i retning af at arbejde med 128 bit. Det samme gælder for modifikationer, der anvender NUMA, i dette tilfælde på grund af antallet af hukommelsesplaceringer, der er distanceret fra CPU’en, der skal anvendes, fordi 64 bit CPU’er naturligt vil være større i størrelse end en 32 bit CPU.

Endeligt er der nogle applikationer, som 128 bit kryptering eller kryptografi, der naturligt kan drage fordel af 128 bit CPU’er. Krypteringsprocessen vil være hurtigere, fordi det kun vil tage én behandlingscyklus at foretage krypteringen. Men det viser, at for at få fuld udnyttelse af 128 bit-processoren skal man have applikationer, der er skrevet til at indgå problemfrit i CPU-operationerne.

På dette punkt er det en af de største ulemper ved applikationspraksis. De fleste applikationer er stadig kun skrevet til 32 bit-niveauet, de er ikke engang på 64 bit-niveau. Dette vil kræve softwaredesignprogrammer, der er blevet omskrevet til at skabe 128 bit-applikationer. Softwaredesignprogrammer som Visual Studio eller .Net Framework eller SQL Server 2005 eller SQL Server 2008 skal kunne producere 128 bit-applikationer. Men de er ikke på det niveau – nu genererer de 32 bit-applikationer.

Hvad vil en 128 bit-proces opnå?

Større og hurtigere processorkraft er det naturlige svar på dette spørgsmål. Komplekse applikationer, der har brug for meget behandlingskraft, dvs. behandling, der kan udføres på én CPU-cyklus, er ideelle. Det drejer sig om tekniske, matematiske eller videnskabelige operationer. Det drejer sig om sofistikeret finansiel eller økonomisk modellering. Der er også tale om kompleks medicinsk, biologisk eller kemisk behandling, som skal udføres hurtigt. Enhver af disse applikationer, der skal generere resultater hurtigt, kan drage fordel af et operativsystem, der kan være synkroniseret med en 128 bit CPU. Du kan læse mere om 128 bit arkitekturproblemer på Windows 128 Bit Architecture – How much RAM can a Processor Handle.

Intel Micro Architecture Image: Wikimedia Commons

Intel 1820 Architecture Image: Wikimedia Commons

Numa: Image Wikimedia Commons

Dette indlæg er en del af serien: 64 Bit Computing vs 32 Bit Computing

Som CPU’er bliver mere sofistikerede, gør de styresystemer, der understøtter dem det også. Dette sker nu med 64 bit-computeren og den ældre 32 bit-computer. At forstå, hvordan størrelsen af CPU’en påvirker operativsystemet, er målet med denne artikelserie.

Forskellen mellem Windows7 X64 og X86
Sammenligning af forskellen mellem 32-bit og 64-bit Windows 7
Kan vi opnå 128-bit OS Operability og hvad vil det opnå?