Quanto è grande 128 bit?

Con Windows 7 in arrivo in formato 32 bit e 64 bit, la convinzione è che i prossimi processori e sistemi operativi saranno a 128 bit. È vero; ed è la prossima progressione naturale?

Cos’è l’informatica a 128 bit? Beh, partendo dal calcolo a 32 bit, la CPU è in grado di elaborare 232 bit di informazioni, cioè 4.294.967.296 o poco più di 4 giga. Il calcolo a 64 bit è allo stesso modo 264 o 18.446.744.073.709.551.616; cioè oltre 18 exobyte di memoria (quintilioni). Questo solo per 64 bit. E 128 bit? Sono 2128 o 3,4028236692093846346337460743177e+38 bit. Questo è un sacco di bit con cui lavorare. Quindi è necessario? Questa è la domanda; bit operativi e bit disponibili sono due cose diverse. Possono i computer, e più importante il software, usare quel tipo di spazio di bit?

La CPU

La risposta alla domanda precedente dipende dalla struttura della CPU. La CPU ha registri, le ALU (unità logico-aritmetiche), che fanno la matematica, e il bus dati, che sposta i dati dalla cache alla memoria. Il ciclo fetch-execute è importante per indirizzare il modo in cui i dati vengono processati.

I registri non sono una parte della memoria, piuttosto sono aree di immagazzinamento temporaneo e lavorano sotto le sembianze dell’unità di controllo. Prendono istruzioni o dati ed eseguono operazioni logiche o aritmetiche. Maggiori informazioni sono disponibili sul ruolo di una CPU o unità microprocessore.

I registri nella CPU

Cosa fa il registro?

I registri ricevono le informazioni dalla memoria o dalla CPU, le trattengono temporaneamente e le passano come indicato dall’unità di controllo. I registri sono legati a un clock, dove un’istruzione nel registro viene eseguita in un ciclo di clock. Il numero di registri varia da computer a computer; ognuno è progettato per svolgere una funzione specifica. I registri hanno una capacità di memorizzazione specifica che dipende dal numero di bit con cui sono progettati. Normalmente 14 registri sono presenti in un microcomputer.

1]Il registro accumulatore è un registro dati speciale e memorizza il risultato dell’ultimo passo di elaborazione dell’ALU.

2]I registri visibili all’utente sono divisi in registri dati e registri indirizzo.

3]I registri indirizzo sono usati per tenere i registri di memoria e il prossimo pezzo di dati.

4]I registri dati memorizzano i dati.

5]I registri di condizione sono usati per determinare se l’istruzione deve essere eseguita o meno.

6]I registri costanti sono usati per memorizzare valori di sola lettura.

7]I registri in virgola mobile memorizzano numeri in virgola mobile.

8]I registri di uso generale contengono dati e indirizzi.

9]I registri a uso speciale sono usati per memorizzare lo stato del programma e consistono nel contatore del programma,

10]puntatore allo stack e

11]registri di stato.

12]Il contatore del programma contiene l’indirizzo della prossima istruzione da eseguire.

13]Il registro delle istruzioni contiene l’istruzione mentre viene eseguita.

14]Il registro indice memorizza un indice di indirizzi di memoria.

Puoi leggere A Visual Interpretation of How a CPU Works e imparare ulteriori informazioni sui registri.

Physical Address Extension in 32 Bit Processors

C’è quindi un modo per far funzionare il processore a 32 bit come un 64 bit? In realtà c’è. Si chiama Physical Address Extension (PAE).

Physical Address Extension è una tecnica che permette alle CPU di indirizzare più memoria di quella disponibile per progetto. Può essere fatto solo su sistemi x86 dove 32 bit possono essere fatti lavorare fino a 64 bit. Questo viene realizzato quando il registro di indirizzamento divide la memoria totale in diversi banchi di spazio dove può consentire l’accesso all’intera memoria. Così, come il registro dati a 32 bit riceve i dati, può dividere i dati in un secondo banco e ottenere l’operazione a 64 bit e viene elaborata in un ciclo.

Quando questo processo è messo in atto, i registri a 32 bit agiscono in concerto per imitare un registro a 64 bit. Questo permette al ciclo della CPU di lavorare per elaborare due registri e inviarli all’ALU per l’elaborazione in un ciclo. Ma questa non è l’unica implementazione CPU disponibile.

Non-Uniform Memory Access

Un’altra implementazione CPU è Non-Uniform Memory Access (NUMA), che permette alle CPU di accedere alla memoria indipendentemente dalla distanza degli indirizzi di memoria. Poiché alcune posizioni di memoria sono più vicine alla CPU mentre altre sono più lontane, la CPU impiegherà più tempo per elaborare i dati nella memoria che è più lontana. Per risolvere questo problema, la CPU è suddivisa in nodi in modo che l’elaborazione sia fatta per nodo e quindi più veloce indipendentemente dalla posizione fisica della memoria. Le applicazioni sono quindi in grado di trarre vantaggio dall’elaborazione a 64 bit in un ambiente a 32 bit se NUMA è in atto. Questo porta alla domanda: questo tipo di elaborazione può permettere operazioni a 128 bit?

64 Bit e 128 Bit OS

L’uso di sistemi a 128 bit non è inevitabile mentre ci sono processi nella CPU che possono essere usati per far agire un processore a 32 bit come un 64 bit, e un processore a 64 bit come un 128 bit. Se la Physical Address Extension, che ora si applica solo ai sistemi x86 (32 bit), fosse modificata per i sistemi a 64 bit per permettere loro di agire come sistemi a 128 bit, sarebbe un passo avanti per lavorare con 128 bit. Lo stesso vale per le modifiche che utilizzano NUMA, in questo caso a causa del numero di posizioni di memoria che sono distanziate dalla CPU devono essere utilizzate perché le CPU a 64 bit saranno naturalmente più grandi di una CPU a 32 bit.

Infine, ci sono alcune applicazioni, come la crittografia a 128 bit, o la crittografia, che possono naturalmente sfruttare la CPU a 128 bit. Il processo di crittografia sarà più veloce perché ci vorrà solo un ciclo di elaborazione per fare la crittografia. Ma questo dimostra che per trarre pieno vantaggio dal processore a 128 bit, è necessario avere applicazioni che sono scritte per fondersi perfettamente nelle operazioni della CPU.

A questo punto, questo è uno dei maggiori inconvenienti nelle pratiche applicative. La maggior parte delle applicazioni sono ancora scritte solo per il livello 32 bit, non sono nemmeno al livello 64 bit. Questo richiederà programmi di progettazione software che sono stati riscritti per creare applicazioni a 128 bit. Programmi di progettazione software come Visual Studio, o il .Net Framework, o SQL Server 2005, o SQL Server 2008, dovrebbero produrre applicazioni a 128 bit. Ma non sono a quel livello – ora, generano applicazioni a 32 bit.

Cosa raggiungerà un processo a 128 bit?

Una maggiore e più veloce potenza di elaborazione è la risposta naturale a questa domanda. Le applicazioni complesse che hanno bisogno di molta potenza di elaborazione, cioè un’elaborazione che può essere compiuta in un ciclo di CPU, sono ideali. Queste sono operazioni ingegneristiche, o matematiche, o scientifiche. Queste sono sofisticate modellazioni finanziarie o economiche. Queste sono anche complesse elaborazioni mediche, o biologiche, o chimiche che devono essere eseguite rapidamente. Ognuna di queste applicazioni che hanno bisogno di generare risultati rapidamente può beneficiare di un sistema operativo che può essere in sincronia con una CPU a 128 bit. Puoi leggere il movimento sui problemi dell’architettura a 128 bit su Windows 128 Bit Architecture – How much RAM can a Processor Handle.

Intel Micro Architecture Image: Wikimedia Commons

Intel 1820 Architecture Image: Wikimedia Commons

Numa: Immagine Wikimedia Commons

Questo post fa parte della serie: 64 Bit Computing vs 32 Bit Computing

Come le CPU diventano più sofisticate, così fanno i sistemi operativi che le supportano. Questo sta accadendo ora con i computer a 64 bit e i vecchi computer a 32 bit. Capire come la dimensione della CPU influenza il sistema operativo è l’obiettivo di questa serie di articoli.

1. La differenza tra Windows7 X64 e X86
2. Confronto della differenza tra Windows 7 a 32 bit e 64 bit
3. Possiamo raggiungere l’operatività del sistema operativo a 128 bit e cosa otterremo?