Hoe groot is 128 bits?

Nu Windows 7 in 32 bit en 64 bit architectuur formaat komt, gelooft men dat de volgende processoren en Besturingssystemen 128 Bit zullen zijn. Is dat waar, en is dat de volgende natuurlijke ontwikkeling?

Wat is 128 Bit computing? Welnu, uitgaande van 32 Bit computing, kan de CPU 232 bits informatie verwerken, dat is 4.294.967.296 of iets meer dan 4 gig. 64 bit computing is evenzo 264 of 18.446.744.073.709.551.616; dat is meer dan 18 exobytes geheugen (quintiljoen). Dat is alleen voor 64 bits. En 128 bit? Dat is 2128 of 3,4028236692093846346337460743177e+38 bits. Dat zijn heel veel bits om mee te werken. Dus is dit nodig? Dat is de vraag; operationele bits en beschikbare bits zijn twee verschillende dingen. Kunnen computers, en nog belangrijker software, zoveel bitruimte gebruiken?

De CPU

Het beantwoorden van de vorige vraag hangt af van de structuur van de CPU. De CPU heeft registers, de ALU’s (arithmetic-logic unit), die de wiskunde doen, en de databus, die gegevens van de cache naar het geheugen verplaatst. De “fetch-execute” cyclus is belangrijk voor de manier waarop gegevens worden verwerkt.

Registers maken geen deel uit van het geheugen, maar zijn tijdelijke opslagplaatsen en zij werken onder het mom van de besturingseenheid. Zij nemen instructies of gegevens op en voeren logische of rekenkundige bewerkingen uit. Meer informatie is beschikbaar over de rol van een CPU of Microprocessor Unit.

De registers in de CPU

Wat doet het register?

Registers ontvangen de informatie uit het geheugen of van de CPU, houden het tijdelijk vast en geven het door volgens de instructies van de besturingseenheid. Registers zijn gebonden aan een klok, waarbij een instructie in het register in één klokcyclus wordt uitgevoerd. Het aantal registers varieert van computer tot computer; elk register is ontworpen om een specifieke functie uit te voeren. Registers hebben een specifieke opslagcapaciteit, afhankelijk van het aantal bits waarmee zij zijn ontworpen. Normaal zijn er 14 registers aanwezig in een microcomputer.

1]Het accumulatorregister is een speciaal gegevensregister en het slaat het resultaat op van de laatste bewerkingsstap van de ALU.

2]Voor de gebruiker zichtbare registers zijn verdeeld in dataregisters en adresregisters.

3]Adresregisters worden gebruikt om geheugenregisters en het volgende stuk gegevens op te slaan.

4]Gegevensregisters slaan gegevens op.

5]Conditieregisters worden gebruikt om te bepalen of de instructie moet worden uitgevoerd of niet.

6]Constante registers worden gebruikt om alleen-lezen waarden op te slaan.

7]Floating point registers slaan drijvende komma getallen op.

8]Registers voor algemene doeleinden slaan de gegevens en adressen op.

9]Registers voor speciale doeleinden worden gebruikt om de status van het programma op te slaan en bestaan uit program counter,

10]stack pointer en

11]status registers.

12]De program counter bevat het adres van de volgende uit te voeren instructie.

13]Het instructieregister bevat de instructie terwijl deze wordt uitgevoerd.

14]Het indexregister slaat een index van geheugenadressen op.

U kunt lezen over A Visual Interpretation of How a CPU Works en aanvullende informatie over registers leren.

Physical Address Extension in 32 Bit Processors

Zo is er een manier om de 32 bit processor te laten werken als een 64 bit? Eigenlijk wel. Het heet Physical Address Extension (PAE).

Physical Address Extension is een techniek die CPU’s in staat stelt meer geheugen aan te spreken dan volgens ontwerp beschikbaar is. Het kan alleen worden gedaan op x86-systemen waar 32 bits kunnen worden gebruikt tot 64 bits. Dit wordt bereikt wanneer het adresseringsregister het totale geheugen opsplitst in verschillende banken van ruimte waar het dan toegang kan geven tot het volledige geheugen. Dus als het 32 bit dataregister gegevens ontvangt, kan het de gegevens splitsen in een tweede bank en de 64 bit bewerking verkrijgen en het wordt verwerkt in één cyclus.

Wanneer dit proces in werking wordt gesteld, werken de 32 bit registers samen om een 64 bit register na te bootsen. Hierdoor kan de CPU-cyclus werken om twee registers te verwerken en deze naar de ALU te sturen voor verwerking in één cyclus. Maar dit is niet de enige CPU-implementatie die beschikbaar is.

Non-Uniform Memory Access

Een andere CPU-implementatie is Non-Uniform Memory Access (NUMA), waarmee CPU’s toegang kunnen krijgen tot het geheugen ongeacht de afstand tussen de geheugenadressen. Omdat sommige geheugenlocaties dichter bij de CPU zijn en andere verder weg, zal het langer duren voor de CPU om de gegevens in het verder weg gelegen geheugen te verwerken. Om dit op te lossen wordt de CPU opgedeeld in nodes zodat de verwerking per node gebeurt en dus sneller is ongeacht de fysieke geheugenlocatie. Applicaties kunnen dan profiteren van 64 bit verwerking in een 32 bit omgeving als NUMA aanwezig is. Dit roept de vraag op: kan dit type verwerking 128 bit bewerkingen toestaan?

64 Bit en 128 Bit OS

Het gebruik van 128 bit systemen is niet onvermijdelijk, terwijl er processen in de CPU zijn die kunnen worden gebruikt om een 32 bit processor zich te laten gedragen als een 64 bit, en een 64 bit processor zich te laten gedragen als een 128 bit. Als de Physical Address Extension, die nu alleen van toepassing is op x86 (32 bit) systemen, zou worden aangepast voor 64 bit systemen zodat zij zich kunnen gedragen als 128 bit systemen, zou dat een heel eind in de richting gaan van het werken met 128 bits. Hetzelfde geldt voor modificaties die NUMA gebruiken, in dit geval vanwege het aantal geheugenlocaties dat op afstand van de CPU moet worden gebruikt omdat 64 bit CPU’s van nature groter van omvang zullen zijn dan een 32 bit CPU.

Ten slotte zijn er sommige toepassingen, zoals 128 bit encryptie, of cryptografie, die op natuurlijke wijze voordeel kunnen halen uit een 128 bit CPU. Het versleutelingsproces zal sneller verlopen omdat het slechts één verwerkingscyclus vergt om de versleuteling uit te voeren. Maar dit toont aan dat om ten volle te profiteren van de 128 bit processor, je applicaties moet hebben die geschreven zijn om naadloos over te gaan in de CPU operaties.

Op dit punt is dat een van de grootste nadelen in de toepassingpraktijk. De meeste toepassingen zijn nog steeds alleen geschreven voor het 32 bit niveau, ze zijn niet eens op het 64 bit niveau. Hiervoor zijn software-ontwerpprogramma’s nodig die zijn herschreven om 128 bit toepassingen te maken. Software-ontwerpprogramma’s zoals Visual Studio, of het .Net Framework, of SQL Server 2005, of SQL Server 2008, zouden 128 bit toepassingen moeten produceren. Maar ze zijn niet op dat niveau – nu genereren ze 32 bit toepassingen.

Wat zal een 128 bit proces bereiken?

Meer en snellere verwerkingskracht is het natuurlijke antwoord op die vraag. Complexe toepassingen die veel verwerkingskracht vergen, d.w.z. verwerking die in één CPU-cyclus kan worden uitgevoerd, zijn ideaal. Dit zijn technische, wiskundige of wetenschappelijke bewerkingen. Dit zijn gesofisticeerde financiële of economische modellering. Dit zijn ook complexe medische, of biologische, of chemische bewerkingen die snel moeten worden uitgevoerd. Elk van deze toepassingen die snel resultaten moeten genereren kan baat hebben bij een OS dat synchroon kan werken met een 128 bit CPU. U kunt meer lezen over 128 bit architectuur problemen op Windows 128 Bit Architectuur – Hoeveel RAM kan een Processor aan.

Intel Micro Architectuur Afbeelding: Wikimedia Commons

Intel 1820 Architecture Image: Wikimedia Commons

Numa: Afbeelding Wikimedia Commons

Dit bericht maakt deel uit van de serie: 64 Bit Computing vs 32 Bit Computing

Als CPU’s geavanceerder worden, worden de besturingssystemen die ze ondersteunen dat ook. Dit gebeurt nu met de 64 bit computer en de oudere 32 bit computer. Begrijpen hoe de grootte van de CPU van invloed is op het besturingssysteem is het doel van deze serie artikelen.

1. Het verschil tussen Windows7 X64 en X86
2. Vergelijking van het verschil tussen 32-Bit en 64-Bit Windows 7
3. Kunnen we 128-bit OS Operability bereiken en wat zal het bereiken?