فناوری 64 بیتی در پردازنده ها

فناوری 64 بیتی در پردازنده ها

در اوايل سال 2003 كمپاني AMD به صورت رسمي نسل هشتم (K8) پردازنده هاي خود را با مشخصه 64 بيتي معرفي نمود و سهم فروش خود را از بازار (Market Share) , با اين سري پردازنده ها به طور قابل ملاحظه اي افزايش داد . روند محبوبيت پردازنده هاي 64 بيتي براي كمپاني اينتل توليد كننده پردازنده هاي 32 بيتي Pentium 4 علی رقم اينكه سهم عمده بازار را با محصولات خود در دست دارد , به عنوان يك زنگ خطر تلقي مي گردد , به همين خاطر اينتل پس از 2 سال سكوت در مقابل پردازنده هاي 64 بيتي , در اوايل سال 2005 نسخه 64 بيتي از پردازنده Pentium 4 با شماره خانواده 600 را معرفي و به بازار عرضه كرد .

در اين مقاله قصد داريم ابتدا به مفهوم و چگونگي پردازش 64 بيتي اشاره كنيم و سپس به بررسي و مقايسه دو تكنولوژي Intel EM64T و AMD64 كه پردازش 64 بيتي را به ترتيب براي پردازنده هاي اينتل و AMD ميسر ساخته اند , مي پردازيم.

مفهوم پردازش 64 بيتي پردازش 64 بيتي به عمليات پردازشي اطلاق مي شود كه بر روي دستورالعمل ها يا داده ها با حداكثر طول 64 بيت صورت مي گيرد , اين مشخصه مستقيما به توانايي ثبات (Register) هاي پردازنده ارجاع داده مي شود . ثبات بخش كوچك از حافظه فوق العاده سريعي است كه پردازنده براي ذخيره ارزش (Value) هاي عملياتي از آن استفاده ميكند . ثبات ها براي پردازنده مشابه دست هايي هستند كه اشيايي كه قرار است بر روي آنها عمل خاصي صورت پذيرد را نگهداري مي نمايند . بنابر اين تعداد ثبات ها و ظرفيت ذخيره سازي آنها در كارايي پردازنده تاثيرگذارند . يك پردازنده 64 بيتي توانايي ذخيره سازي ارزش هاي 64 بيتي را در داخل ثبات هاي خود دارد , لذا اين پردازنده مي تواند اعداد صحيح يا اعداد با مميز شناور بزرگتري را در داخل يك ثبات خود نسبت به پردازنده 32 بيتي ذخيره سازي موقت كند .

به عنوان مثال براي پردازش عمليات جمع دو عدد مانند 3+2 هر يك از ارزش ها تا زمان پايان يافتن عمل جمع در داخل يك ثبات ذخيره مي شوند و ارزش 5 نيز به منزله حاصل و نتيجه پردازش در داخل سومين ثبات ذخيره گشته و جهت انتقال به خارج انتظار مي كشد , در صورتي كه عمليات با اعداد يا دستورالعمل هايي برنامه ريزي شده باشد كه ظرفيت آنها فراتر از ظرفيتي باشد كه يك ثبات 32 بيت ارائه مي كند در پردازنده هاي 32 بيت قابل اجرا به صورت مستقيم نخواهد بود و بايد به چندين عمليات با ظرفيت كمتر شكسته شود , در حالي كه در پردازنده 64 بيت اين عمليات به صورت مسقيم قابل اجرا بوده و در زمان كوتاه تري پردازش خاتمه مي يابد .

بهره گيري از ثبات هاي 64 بيتي تنها زماني به عنوان مزيت يك پردازنده به شمار مي آيد كه نرم افزار هاي اجرايي روي آن در محدوده عددي فراتر از 32 بيت برنامه ريزي شده باشند در غير اين صورت پردازنده 64 بيت يا از اجراي دستورالعمل فوق امتناع ميكند (مانند پردازنده هاي Itanium 2 كه تنها براي كاربردهاي 64 بيتي طراحي شده اند ) يا اينكه با حالت سازگار 32 بيتي پردازش را به پايان مي رساند . عدم وجود بسترهاي نرم افزاري , رويكرد به پردازش 64 بيتي را در تمامي كاربردها , غير ممكن ساخته است , به همين دليل پردازنده هاي 64 بيتي نسل هشتم AMD و Pentium 4 سري 600 از اينتل , به عنوان پردازنده هاي سازگار با هر دو نوع نرم افزار 32 بيت و 64 بيت , در سه حالت زير مديريت مي شوند : 1. حالت 64-Bit كه ويژه سيستم عامل و نرم افزارهاي 64 بيتي در نظر گرفته شده است . 2. حالت Compatibility كه براي سيستم عامل 64 بيتي و سازگاري آن با برنامه هاي 32 بيتي طراحي شده . 3. حالت Legacy ويژه سيستم عامل و نرم افزار هاي 32 بيتي .

مزيت پردازنده 64 بيتي تنها در افزايش سرعت محاسبات خلاصه نمي شود , افزايش ظرفيت حافظه اي كه اين پردازنده مي تواند آدرس دهي و استفاده نمايد نيز مزيت ديگر يك پردازنده 64 بيتي مي باشد . آدرس دهي حافظه يكي از وظايف كليدي هر پردازنده به شمار مي رود كه طول هر آدرس بايد حداكثر به اندازه يك ثبات پردازنده تعريف شود .

در يك پردازنده با ثبات هاي 32 بيتي حداكثر ميتوان 232 آدرس مختلف براي حافظه ايجاد نمود كه اين عدد معادل 4 گيگابايت حافظه فيزيكي ترجمه مي شود . تا كنون شيوه هاي مختلفي ابداع گشته اند كه به صورت مجازي حداكثر حجم حافظه اي كه پردازنده 32 بيتي مي تواند آدرس دهي نمايد را افزايش دهند اما همگي آنها كارايي كلي كامپيوتر را قرباني محاسبات مجازي مي كنند . دو برابر كردن طول ثبات ها به 64 بيت در پردازنده هاي 64 بيتي به طور موثري , آدرس دهي حداكثر 16 ترابايت حافظه فيزيكي را ميسر مي سازد .

بررسي تكنولوژي AMD64 AMD Opteron Processor به كمك اين تكنولوژي كمپاني AMD توانست پردازنده هاي نسل هشتم خود را به عنوان اولين پردازنده هاي سازگار با دو شيوه پردازش 64 بيت و 32 بيت عرضه نمايد . پردازنده هاي 64 بيتي اين نسل Athlon 64 براي بازار محصولات ميان قيمت و گران قيمت كامپيوترهاي شخصي و Opteron براي بازار محصولات گران قيمت ايستگاه هاي كاري و سرور ها در نظر گرفته شده اند .

علی رقم اينكه هنوز هيچ نسخه كامل ويندوز 64 بيتي به صورت رسمي معرفي نشده و نرم افزارهايي كه به صورت 64 بيتي برنامه ريزي شده اند بسيار ناياب و گران قيمت هستند اين دو پردازنده به شدت در ميان كاربران محبوب گشته اند و كارايي قابل قبولي در برنامه هاي 32 بيتي ارائه كرده اند . افزايش كارايي در كاربردهاي 32 بيتي اين پردازنده ها را نمي توان به ثبات هاي 64 بيتي آنها مربوط كرد . علاوه بر اين فركانس كاري آنها نيز بسيار پايين تر از همرده هاي Pentium 4 خود مي باشد . آنچه كه در داخل اين پردازنده ها موجب افزايش كارايي و محبوبيت روز افزون آنها گشته , كنترلر حافظه مجتمع و گذرگاه Hypertransport است . AMD در معماري نسل هشتم پردازنده هاي خود , با انتقال كنترلر حافظه از تراشه «پل شمالي» به پردازنده , تحولي در شيوه دسترسي به حافظه ايجاد كرده .

تا قبل از اين پردازنده براي دسترسي به حافظه مي بايست با تراشه «پل شمالي» ارتباط بر قرار كنند و داده ها را با اختصاص دادن حجم بالايي از پهناي باند ارزشمند گذرگاه FSB , از اين تراشه دريافت كند . اما در شيوه نوين مسير ارتباطي پردازنده با حافظه از گذرگاه FSB تفكيك و دسترسي مستقيم به حافظه ميسر گشته است . علاوه بر اين گذرگاه FSB نيز متحول شده و انتقال اطلاعات موازي آن در پردازنده هاي قبلي به صورت سريال با گذرگاه ويژه Hypertransport صورت مي پذيرد . به كمك اين دو تحول در معماري پردازنده , كارايي پردازنده ها با سرعت 2 گيگاهرتزي در حد همرده هاي Pentium 4 3 گيگاهرتزي كه به شيوه سنتي به حافظه دسترسي دارند , قرار گرفته است .

بررسي تكنولوژي EM64T Pentium4 سري 600 با Extended Memory 64 Technology اولين پردازنده هاي 64 بيتي «سازگار» از كمپاني اينتل به شمار مي روند اين تكنولوژي تقريبا مشابه AMD64 جهت توسعه پردازش 64 بيتي كاربرد دارد و در سه حالت ذكر شده مي تواند داده ها و دستورالعمل ها را پردازش نمايد . علارقم اينكه AMD براي بهره گيري از AMD64 در معماري پردازنده هاي خود تغيير اساسي ايجاد نمود , اينتل براي به كار گيري EM64T در Pentium 4 هاي سري 600 تنها يك هسته جديد به نام Prescott 2M بر پايه هسته Pentium 4 هاي سري 500 به نام Prescott , طراحي كرده است , لذا در معماري و نوع سوكت پردازنده هيچ تغييري داده نشده و پردازنده هاي جديد مي توانند بر روي اغلب مادربردهاي موجود در بازار سوار شوند .

EM64T و AMD64 به صورت گسترده اي با يكديگر سازگاري دارند بنابر اين انتظار مي رود تهيه كد نرم افزار هاي 64 بيتي سازگار با هردو پردازنده , كار دشواري نباشد همچنين ميكروسافت تضمين كرده , نسخه نهايي سيستم عامل Windows XP 64-Bit كه در اواسط ماه «مي» عرضه مي شود با هر دو پردازنده به خوبي عمل خواهد كرد . پردازنده هاي Pentium 4 سري 600 Intel Pentium 4 600 Series اين سري پردازنده ها تا كنون در چهار مدل 630 , 640 , 650 و660 عرضه شده اند كه به ترتيب با سرعت 0/3 , 2/3 , 4/3 و 6/3 گيگاهرتزي عمل مي كنند .

پردازنده هاي فوق همگي مبتني بر هسته Prescott 2M با 2 مگابايت حافظه كاشه سطح 2 براي سوكت 775 طراحي شده اند , گذرگاه FSB 800 مگاهرتزي و پشتيباني از حافظه هاي DDR2 از جمله ديگر امكانات اين پردازنده ها مي باشد علاوه بر اينها مدل 570 نيز با فركانس 8/3 گيگاهرتز در سه الي چهار ماه آينده معرفي خواهد شد . پردازنده هاي سري 600 مطمئنا تنها پردازنده هاي 64 بيتي اينتل نخواهند بود , اين كمپاني قصد دارد در آينده EM64T را در پردازنده هاي Celeron نيز تعبيه نمايد تا امكان دسترسي به پردازنده 64 بيتي ارزان قيمت براي كاربران ميسر شود.

منبع :  نشریه كاربر