18. 07.2018

Блог Дмитрия Вассиярова.

Разрядность процессора — копаем в суть

Здравствуйте мои дорогие читатели, и я продолжаю цикл наших бесед, посвященных сердцу любого компьютера. Сегодня предметом обсуждения будет разрядность процессора. Возможно, некоторые из вас и не обращали внимания на данный показатель, и даже успешно пользовались компьютером без этой информации. Но раз уж вы решили повысит уровень своих знаний, то давайте разберемся, что это такое, на что она влияет.

Для того чтобы максимально приблизится к пониманию процесса я считаю необходимым вспомнить некоторые понятия.

Информация в процессоре представлена в виде цифрового , который в свою очередь выглядит в виде серии импульсов с определенной последовательностью сигналов (есть напряжение –«1», нет – «0»). Один импульс – это бит информации.

Сигналы, поступают на транзисторы логических схем кристалла с определенной тактовой частотой. Если чип будет считывать отдельно каждый бит, то это будет очень долго и неудобно. Гораздо проще за один такт обработать один или несколько символов, представляющий в себе вполне конкретную информацию.

Чтобы процессору было удобнее оперировать данными, в нем специально выделяют регистры для записи объема информации, обрабатываемого ЦП за один . В каждом из них помещаться набор из 4, 8, 16, 32 или 64–х знаков кода, называемых «машинным словом».

Постараюсь описать этот процесс простыми словами и понятной аналогией. Это как учить читать ребенка, начавшего изучать алфавит. По буквам – долго и непонятно, а вот по слогам – проще. Причем, сначала малышу предлагают слова, специально разделенные на одно- двухбуквенные слоги. А когда он освоит этот навык – можно читать что-то посложнее, складывая слоги их трех-четырех букв.

Точно так же, инженеры в течение многих лет совершенствуют микропроцессоры, продолжая «обучать» их читать более длинные «машинные слова». Но для использования в технической документации такой термин не самый лучший вариант.

Поэтому величину, означающую размер блока информации, обрабатываемую за один такт, назвали разрядность процессора. Этот параметр, так же как и «слово», измеряется в битах.

Прогресс разрядности процессоров

Самым первым серийным чипом стал 4-х разрядный Intel 4004, предназначенный исключительно для калькуляторов. С помощью комбинации из 4-х нулей или единиц можно было закодировать 2^4=16 символов. И этого с головой хватало для 10 цифр и 6-и знаков основных арифметических действий.

Я не зря привел пример с расчетом, чтобы показать, что в реальности, для эффективной работы ЦП в компьютерах, необходима большая разрядность. Ведь даже 8-и битные процессоры имеют существенные ограничения.

Поэтому чипмейкеры активно работали не только над технологией обработки кварцевых кристаллов, но и над микроархитектурой, представляющей собой систему взаимодействия отдельных компонентов процессора и обрабатываемых данных.

В итоге в 1978 году появился первый 16-и битный процессор 8086, работающей на x86, которая оказалась весьма успешной, поскольку обладала огромными возможностями для постоянного совершенствования и доработки.

Ее третье поколение позволило в 1985 году создать 32-бинтный процессор Intel 80386. Работающий уже на архитектуре IA-32.

Прогресс не стоит на месте

Сама система x86 с начала своего существования регулярно получала всевозможные расширения, которые добавляли все новые возможности. А потребность в этом была постоянная: объемы обрабатываемых данных и размеры используемых файлов постоянно росли. И в решении сложных задач 32-разрядные процессоры уже были бессильны (блок объемом свыше 4 Гб в регистр ЦПУ уже не помещался).

«Интел» попыталась создать новую архитектуру IA-64 с обратной совместимостью, но скорость ее работы была неудовлетворительна.

Их прямые конкуренты, компания AMD, в решении этой проблемы достигли большего успеха. Они пошли проверенным путем. И в 2003 г ввели новое расширение для 32-битной архитектуры, назвав его AMD64.

Решение, реализованное в процессорах Opteron, Athlon 64 и Turion 64 оказалось настолько удачным, что Intel приобрели лицензию на набор управляющих инструкций. На базе этого уже создали свой продукт: архитектуру EM64T. Которая на сегодня используется во всех их процессорах.

Такие инновации позволили не только ускорить работу самого процессора. Но и дали возможность использовать шину памяти для перемещения файлов практически неограниченного объема.

Зная, что 64-разрядный процессор – это более прогрессивное решение, вы наверняка захотите выяснить, является ли таковым CPU, установленный на вашем компьютере. Я подскажу вам, где посмотреть эту информацию.

В последних версиях Windows сделать это можно, открыв параметры системы где указана разрядность ОС и процессора, которые могут отличаться. Если ваш комп не слишком древний, то скорей всего вы убедитесь что ЦП на нем современный. Также удобно для этой цели использовать небольшую программку CPU-Z , которая предоставит много подробной информации по процессору (в т.ч. и обозначение управляющих инструкций).

На что влияет разрядность ОС и процесора

И здесь у многих часто возникает вопрос: «Проц у меня 64-х битный, а операционная система на компе 32-х битная. Это что же получается, я не эффективно использую возможности железа моего компьютера?». Однозначно я вам не отвечу. Да это так...

А вот нюансы 32х битной ОС:

• Большинство популярных программ и приложений для ПК предлагаются для установки (скачивания) либо в двух версиях, либо являются универсальными. И успешно работают в системах с любой разрядностью. Даже Винда, предлагается к установке в 32-х или 64-х битном виде. Почему до сих пор популярны оба варианта? Об этом дальше;
• Такая ОС не видит оперативную память, объемом свыше 4 Гиг. Но есть в 32-битной системе очевидные преимущества: она обрабатывает информацию меньшими порциями. А это значит на считывание и передачу одного машинного слова будет затрачено меньше времени. Это позволяет более эффективно работать с памятью. А так же с простыми приложениями и небольшими файлами;

64-разрядная система – отличный вариант для игр, обработки видео и прочих емких программ. Но для нее лучше иметь ОЗУ с запасом. Почему? Да потому что она потребляет больше ресурсов. Ведь КПД использования его пространства такой операционкой может оказаться ниже чем у 32 битной;

Теперь, когда вы определили свои предпочтения по ОС, вернемся к разрядности процессора. Если она 32-битная, то можно установить только соответствующую систему. Если у вас 64-разрядный CPU, можете ставить любую версию операционки. Но не забывайте об объеме RAM.

На этом наше знакомство с разрядностью процессора закончено. Надеюсь, вы теперь сможете блеснуть своими знаниями по этой теме даже в беседе со специалистами.

До встречи на новых станицах моего блога и всем удачи.

Существует два вида процессоров: 32-битные и 64-битные. Эти цифры обозначают разрядность процессора. От того, какой процессор вы используете, будет зависеть, какой версией операционной системы пользоваться, как выбирать программы и игры, какое количество ОЗУ можно поставить на свой компьютер. Также можно встретить обозначение x86, которое часто ошибочно принимают за отдельную разрядность процессора. Но прежде всего определим, операционная система какого типа установлена на вашем компьютере.

Как узнать разрядность установленной Windows

Есть несколько способов, позволяющих узнать, сколько бит использует ваша операционная система Windows. Ищите значения x32 или x64, так как они являются основными показателями разрядности системы, а x86 может относиться как к одноядерной, так и к двухъядерной системе. Сначала рассмотрим самый простой и быстрый вариант.

Через свойства компьютера

Через сведения о системе

Различия и преимущества разного количества ядер

Итак, существует два вида процессоров: одноядерные (x32) и двухъядерные (x64). Иногда можно встретить обозначение x86 - это не отдельный вид процессоров, а обозначение архитектуры микропроцессора. Чаще всего цифра x86 свидетельствует о том, что процессор одноядерный, но она также может использоваться и для 64-битного процессора. Поэтому не стоит ориентироваться на неё, всегда ищите обозначение в формате x36 или x64.

Производительность и скорость работы, соответственно, выше у 64-битных процессоров, так как работают сразу два ядра, а не одно. Если вы используете 32-битный процессор, то можете установить на свой компьютер сколько угодно оперативной памяти (ОЗУ), но при этом система будет использовать только 4 ГБ из всей памяти. При наличии 64-битного процессора можно использовать до 32 ГБ оперативной памяти.

Производительность и скорость работы выше у 64-битных процессоров, так как работают сразу два ядра, а не одно

Требования для 64-разрядной системы

Главное преимущество процессоров x64 заключается в том, что они поддерживают программы, игры и операционные системы, написанные не только для 64-битных процессоров, но и для 32-битных. То есть, если у вас процессор x32, то вы можете установить только 32-битную операционную систему Windows, но не 64-битную.

Какая разрядность лучше

Из всего вышеописанного можно сделать вывод, что если вы выбираете между одним и двумя ядрами, то предпочтительнее второй вариант, так как большинство современных программ и игр требуют 64 бита. Не исключено, что в будущем от 32-битной системы полностью откажутся, так как её мощности мало на что хватает.

Как перейти на Windows 7 x64

Если вы хотите увеличить производительность системы и объёмы доступной оперативной памяти, а также расширить количество поддерживаемых приложений и игр, то необходимо перейти на 64-битную операционную систему. Сделать это можно единственным способом - стереть старую 32-битную систему и установить новую.

Учтите, что все файлы, находящиеся на компьютере, при выполнении этой операции будут безвозвратно утеряны, так что заранее скопируйте их на сторонний носитель, чтобы не потерять ничего важного. Итак, после того как вы начнёте установку новой операционной системы, вам будет предложено выбрать язык и подтвердить начало операции, а также выбрать версию системы. Выберите ту, которая имеет разряд x64, и пройдите процесс установки.

Выбираем тип архитектуры и продолжаем процесс установки

Почему не устанавливается 64-битная Windows

Если установка не удалась - значит, ваш процессор не поддерживает 64-битную систему и рассчитан только на x32. Выход из этой ситуации один - приобрести новый процессор, который будет соответствовать вашим требованиям.

Как определить разрядность процессора

Есть несколько способов, позволяющих определить, какое количество ядер содержит и использует процессор, установленный в вашем компьютере.

При установке Windows у многих возникает вопрос, какую версию ставить - 32 или 64 бита? Рассмотрим отличия версии 32 и 64-разрядной системы, какая из них лучше, можно ли изменить версию после установки.

Отличия 32 и 64 бит

Главное отличие 32 битной системы - она не поддерживает больше 4 Гб. 64-битные версии Windows поддерживают до 192 Гб оперативки. Тут есть несколько оговорок: не все материнские платы позволяют использовать такой большой объем оперативной памяти и на Home версиях Windows стоит ограничение в 16 Гб.

Иногда еще при установке ОС можно увидеть обозначения x64 и x86. x64 - это 64-разрядные версии ОС, x86 - 32-разрядные. Все современные процессоры поддерживают обе архитектуры - x64 или x86.

Из минусов 64-битной системы можно назвать более высокий расход оперативной памяти. Поэтому нет смысла ставить её на старые компьютеры. К тому же, она может просто не поддерживаться процессором.

Еще одно отличие - на 32 и 64 бита часто идут отдельные версии программ. Прирост производительности у 64-битных версий программ до 20%. В то же время, при запуске 32-битных приложений на 64-битной системе наблюдается незначительное падение в 2-3% скорости работы из-за подсистемы WoW64, которая эмулирует 32-битное окружение.

Если у вас более-менее современный компьютер и оперативной памяти стоит 4 Гб или больше - смело ставьте 64-битную версию. Если оперативной памяти менее 4 Гб и не планируется расширять - ставьте 32-бита.

Как определить версию Windows

Узнать, какая сейчас стоит версия ОС можно с помощью свойств компьютера.

Правой кнопкой нажмите на «Мой компьютер» и откройте его Свойства. На Windows XP информация об операционной системе будет на вкладке «Общее», на Windows 7, 8 и 10 окно выглядит немного по-другому, но информация о системе там есть.

Windows XP x64

Windows 7 32-бит (x86)

Как определить поддержку 64-бит процессором

Узнать, поддерживает ли процессор 64-бит можно с помощью бесплатной программы Speccy https://www.piriform.com/speccy/download .

Откройте Speccy и посмотрите информацию о центральном процессоре.

В строке «Инструкции» найдите упоминание 64-бит. Например, если там встречается:

• Intel 64,
• AA-64,
• AMD 64,
• EM64T.

Значит ваш процессор поддерживает 64-битные команды. Даже некоторые процессоры с архитектурой x86 умеют понимать 64-битные команды.

Еще один способ без установки программ - узнайте название своего процессора (например в Диспетчере устройств, его можно открыть нажав Win+R и введя команду devmgmt.msc) и поищите его спецификацию через поисковик: архитектуру и набор команд.

Как перейти с 32 на 64 битную ОС

Если вы обнаружили, что у вас стоит более 4 Гб оперативки или хотите расширить её, можно обновить систему. Для этого скачайте образ установки Windows и сделайте загрузочную флешку, или запустите установку через Daemon Tools.

Запустите установщик ОС и при выборе настроек установки, чтобы сохранить старые данные выбирайте пункты:

• Получение важных обновлений для установки - Не загружать.
• Выберите операционную систему, которую следует установить - версию x64.
• Выберите тип установки - Обновление.

Была отличной темой для споров и длинных разговоров на компьютерную тему. У каждого было свое мнение по поводу 32 и 64 разрядных процессоров и их отличий. Сейчас данная тема стала менее популярной, поскольку все привыкли, что абсолютно все современные процессоры для персональных компьютеров являются 64- разрядными. Однако некоторые вопросы, касающиеся разрядности процессоров, все еще волнуют пользователей ПК. В данном материале мы расскажем о том, как узнать разрядность процессора, а также о том, что такое разрядность и какие отличия между 32-х и 64-х разрядными чипами.

Итак, для того чтобы узнать разрядность вашего процессора вам потребуется программа CPU-Z. Данная программа распространяется абсолютно бесплатно и ее можно скачать с сайта разработчика. С ее помощью вы сможете получить всю возможную информацию о вашем CPU, то есть о вашем процессоре.

Скачиваем, устанавливаем и запускаем программу CPU-Z. Сразу после запуска вы увидите примерно такое окно:

В этом окне все технические характеристики процессора, установленного в вашем компьютере. На разрядность процессора указывает поддержка инструкций EM64T (Intel64), если у вас процессор от Intel, или поддержка инструкций x86-64 (AMD64), если у вас процессор от компании AMD. Если такие инструкции не отображаются в программе CPU-Z, значит, ваш процессор является 32-разрядным.

На самом деле, встретить компьютер с 32 разрядным процессором сейчас не так уж и просто. Ведь все процессоры, начиная от AMD Athlon 64 и поздних моделей Pentium 4, являются 64-разрядными.

Как узнать разрядность процессора, мы уже знаем, теперь пора разобраться с самим понятием разрядности. Разрядность это количество разрядов (или битов) которые может одновременно обрабатывать процессор.

Разрядность процессоров росла по мене развития технологий. Так, в 1971 году компания Intel создала первый 4-розрядный процессор 4004, потом был 8-ми разрядный 8080 и 16 разрядный 8086. В 1985 году появился первый 32 разрядный процессор 80386, впоследствии ставший основной для всех современных процессоров для ПК. А в 2003 году появился первый 64 разрядный процессор для настольных компьютеров, им стал Athlon 64 от компании AMD.

Кроме этого, термин разрядность может применяться по отношению к шинам. Например, в технических характеристиках указывается разрядность шины памяти. Разрядность шины это количество бит, которое может быть передано по шине за один раз.

С точки зрения конечного пользователя ПК, 64 разрядные процессоры имеют только одно значительное преимущество - возможность адресовать больше 4 Гб оперативной памяти. То есть, при использовании 64 разрядного процессора, вы можете установить в свой компьютер 8, 16, 32 или любое другое количество гигабайт оперативной памяти.

Естественно, кроме 64 разрядного процессора у вас должна быть установлена и 64 разрядная операционная система. Если, на компьютер с 64 разрядным процессором установить обычную 32 разрядную операционную систему, то компьютер будет работать в 32 разрядном режиме и объем доступной памяти будет ограничен 4 Гб.

Для того чтобы узнать какая операционная система установлена на вашем компьютере откройте: Панель управления – Система и безопасность – Система.

Здесь собрана некоторая информация о вашем компьютере и операционной системе. Напротив пункта «Тип операционной системы» будет указана разрядность установленной операционной системы.

Целью данной статьи является попытка посеять сомнение в голове читателя, уверенного, что он знает о разрядности всё или почти всё. Но сомнение должно быть конструктивным, дабы сподвигнуть на собственное исследование и улучшить понимание.

Термин «разрядность» часто используют при описании вычислительных устройств и систем, понимая под этим число бит, одновременно хранимых, обрабатываемых или передаваемых в другое устройство. Но именно применительно к центральным процессорам (ЦП), как к наиболее сложным представителям вычислительного железа, не делимым на отдельные детали (до тех пор, пока кто-то не придумал, как продать отдельно кэш или умножитель внутри чипа), понятие разрядности оказывается весьма расплывчатым. Продемонстрировать это поможет умозрительный пример.

Представьте себе, что вокруг благодатные 80-е, в мире (всё ещё) десятки производителей ЦП, и вы работаете в одном из них над очередным поколением. Никаких 256-битных SSE8, встроенных GPU и 5-канальных контроллёров памяти на свете пока нет, но у вас уже есть готовый 16-битный процессор (точнее, «16-битный» пишется в технической документации), в котором 16 бит везде и во всём - от всех внешних шин до архитектурного размера обрабатываемых данных. Реальным примером такого ЦП могут быть первые однокорпусные (правда, не однокристальные) ЦП для архитектуры DEC PDP-11. И вот приходит задание руководства - разработать новое, обратно совместимое поколение этого же ЦП, которое будет 32-битным - не уточняя, что понимается под последним. Именно это понимание и предстоит прояснить в первую очередь. Итак, наш главный вопрос: что именно надо удвоить по разрядности в нашем пока насквозь 16-битном ЦП, чтобы получившийся процессор мог называться 32-битным? Чтобы решать задачу было легче, применим два подхода: систематизируем определения и посмотрим на примеры.Систематизируем

Первое, что приходит в голову - разрядность чего именно считать? Обратимся к определению любой информационной системы: её три основных функции - это обработка, хранение и ввод-вывод данных, за которые отвечают, соответственно, процессор(ы), память и периферия. Учитывая, что сложная иерархически самоподобная система состоит из многих компонент, можно утверждать, что такое разделение функций сохраняется и на компонентном уровне. Например, тот же процессор в основном обрабатывает данные, но он также обязан их хранить (для чего у него есть относительно небольшая память) и обмениваться с другими компонентами (для этого есть разные шины и их контроллёры). Поэтому будем функционально разделять разрядности обработки, хранения и обмена информации.

Рискну предположить, что все производители любого программируемого «железа», особенно процессоров, на 90% стараются не для конечных пользователей, а для программистов. Следовательно, с точки зрения производителей процессор должен выполнять нужные команды нужным образом. С другой стороны, детали структуры кристалла (топологические, электрические и физические параметры отдельных транзисторов, вентилей, логических элементов и блоков) могут быть скрыты не только от пользователя, но и от программиста. Выходит, что разрядность надо отличать и по реализации - физическую и архитектурную.

Следует добавить, что программисты тоже бывают разные: большинство пишут прикладные программы на языках высокого уровня с помощью компиляторов (что делает код до некоторой степени платформонезависимым), некоторые пишут драйверы и компоненты ОС (что заставляет более внимательно относиться к учёту реальных возможностей аппаратной части), есть творцы на ассемблере (явно требующем знания целевого процессора), а кто-то пишет сами компиляторы и ассемблеры (аналогично). Поэтому под программистами далее будем понимать именно тех, для кого детали аппаратной реализации важны если не для написания программы вообще, то хотя бы для её оптимизации по скорости - «архитектурная» разрядность чего-либо будет относиться именно к программированию на родном машинном языке процессора или более удобном ассемблере, не залезая при этом в нутро ЦП (это уже вопросы микроархитектуры, которую мы для большего различия и назвали физической реализацией). Описанные нюансы всё равно влияют на всех программистов, т.к. языки высокого уровня почти всегда переводятся компиляторами в машинный код, а компиляторы тоже должен кто-то написать. Исключения в виде интерпретируемых языков тоже не стоят в стороне - сами интерпретаторы тоже создаются с помощью компиляторов.

Осталось рассмотреть, разрядность какой именно информации нам интересна. Что вообще потребляет и генерирует ЦП в информационном смысле? Команды, данные, адреса и сигнально-управляющие коды. О последних речь не идёт - их разрядность жёстко зафиксирована в конкретной аппаратной реализации и в большинстве случаев программно не управляема. Чуть трудней с командами - в семействе архитектур RISC, например, разрядность любого обращения к памяти должна быть равна физической разрядности шины данных процессора, в т.ч. и при считывании кода (кроме некоторых послаблений в современных ARM и PowerPC). Это хорошо для ЦП - нет проблем с невыровненным доступом, все команды имеют одинаковую, либо переменную, но просто вычисляемую длину. Зато плохо для программиста - RISC это усечённый набор команд, которые ещё и занимают больше места, чем при более компактном кодировании (для того же алгоритма нужно больше команд, но и для того же числа команд надо больше байтов). Поэтому именно CISC-парадигма завоевала наибольший подход с её разнообразием и переменной длинной команд, не равной разрядности чего-либо. Разумеется, все современные ЦП внутри - настоящие RISC, но это только физически, а не архитектурно. Остались только два вида информации - данные и адреса. Их и рассмотрим.Собираем

У нас имеется три критерия видов разрядности: функциональный (обработки, хранения и обмена), реализационный (физическая и архитектурная) и типовой (данных и адресов). Итого уже 12 видов этой непонятной штуки. Предположим, что на каждую комбинацию критериев для нашего исходного ЦП мы отвечаем «16-битная» (и физическая разрядность обработки данных, и архитектурная хранения адресов, и все остальные). Теперь посмотрим, какие из этих вопросов обязательно должны давать ответ «32-битная», чтобы получившийся процессор оказался именно таким.

Начнём с архитектурной части. Должен ли ЦП хранить данные и адреса в логическом 32-битном формате, чтобы называться 32-битным? Насчёт данных, очевидно, да, а вот по поводу адресов всё не так просто. Почти все 8-битные (по данным) ЦП имеют возможность хранить 16-битные адреса в парах регистров (иначе им не видать распространённой на этих платформах 16-битной адресации), но от этого их не называют 16-битными. Может быть, если ЦП сможет хранить 32-битные данные, но всего-то 16-битные адреса, его уже можно называть 32-битным?..

На аналогичные вопросы об архитектурных вычислениях над 32-битными данными и адресами, а также программно 32-битном обмене данных с программно 32-битной адресацией ответ может быть таким же - с данными надо, а с адресами не факт.

Перейдём на физическую реализацию. Должен ли ЦП хранить данные и адреса в физически 32-битном формате? Оказывается, не обязательно, т.к. для 32-битных операндов можно спарить регистры, чем успешно пользовались ещё 8-битные ЦП, начиная с i8080. А зилоговские 16-битные Z8000 могли даже счетверять регистры, получая 64-битный аргумент (только для данных). Это не так эффективно, т.к. полный объём данных, умещающийся в регистровом файле, не увеличится, но это и не требовалось. Зато всегда есть возможность обратиться и к старшей, и к младшей половине виртуального 32-битного регистра - камень в огороды архитектур IA-32 и MC68k, где можно обращаться только к младшей половине (в IA-32 - ещё и с префиксом, что замедляет выполнение).

Идём далее. Должен ли ЦП обрабатывать данные и адреса 32-битными физическими порциями? Оказывается, и это не требуется, операнды можно обрабатывать половинками в функциональных устройствах 16-битного размера. Стоит вспомнить процессор Motorola MC68000, применявшийся в первых Макинтошах, Амигах, Атари и других популярных машинах - он считался 32-битным, в нём есть 32-битные регистры, но нет ни одного 32-битного ФУ (оно появилось только в 68020). Зато есть целых три 16-битных АЛУ, два из которых умеют спариваться при выполнении 32-битной операции. У i8080 и Z80 8-битные АЛУ выполняли 16-битные операции для вычисления адреса последовательно над его байтами. Позже эта история повторилась с набором SSE и его 128-битными операндами, которые поначалу обрабатывались на 64-битных ФУ.

Наконец, обмен: нужно ли процессору физически принимать и передавать данные 32-битными порциями с 32-битной адресацией? На первый вопрос дали ответ почти все производители ЦП, выпустив чипы с половинной шириной шины: 8 бит для 16-битного i8088, 16 бит для 32-битных MC68000/010 и i80386SX/EX/CX, и даже 8 бит для 32-битного MC68008. С физической разрядностью шины адреса куда веселее. Начнём с того, что для многобайтовых шин данных (т.е. начиная с 16-битной) физическая адресация памяти может происходить по словам или по байтам. В первом случае на шину адреса всегда подаётся адрес слова, а шина данных считывает или записывает нужную его часть - от отдельного байта до слова целиком. Для обозначения разрядности доступа может применяться отдельная шина байт-маски (в архитектуре x86 такой приём начал применяться со времён i386 - по биту на каждый байт шины данных), либо комбинация управляющих сигналов с младшими битами шины адреса, которые в этом режиме не нужны (для 32-биной шины данных адрес слова нацело делится на 4, а потому младшие 2 бита шины адреса всегда равны нулю) - так было до выхода i386. Случай же адресации байтов возможен лишь при динамической подстройке ширины шины и из широко известных ЦП применялся только в MC68020/030. В результате к сегодняшнему дню используется именно адресация слов вместе с байт-маской, поэтому физическая разрядность шины адреса оказывается меньше её логической ширины на число бит, на единицу меньшее разрядности шины данных в байтах. Из чего следует, что 32-битная физическая шина адреса может быть только при 8-битной шине данных, на что ни один архитектор и инженер в здравом уме не пойдёт по очевидным соображениям.

Но это ещё не всё. Зачем нам вообще 32-битная физическая или логическая адресация? Середина-конец 80-х, на рынке только-только появились мегабитные микросхемы памяти, типичный объём памяти для ПК пока что измеряется сотнями килобайт, но чуть позже - мегабайтами. А 32-битная адресация позволит получить доступ к 4 ГБ физического ОЗУ! Да кому вообще такое может понадобиться в ближайшие лет 20 в персоналках?! Неудивительно, что первые популярные «32-битные» ЦП имели совсем не 32 бита логической ширины шины адреса: MC68000 имел 24 (23 физических + 1 для управления разрядами), а MC68008 - и вовсе 20. Intel 386SX (вышедший на 3 года позже оригинального полностью 32-битного i80386), помимо уполовинивания шины данных, сократил и шину адреса до 24 (23 физических) бит, а его встраиваемые версии 386EX/CX имели 26-битную шину. Более того, первые чипсеты, позволявшие оперировать 32-битными адресами, появились лишь в 90-х, а первые материнские платы, имевшие достаточное число слотов памяти, чтобы набрать >4 ГБ модулями максимального на тот момент размера - лишь в 2000-х. Хотя первые ЦП с 64-битной физической шиной адреса (IBM/Motorola PowerPC 620) появились аж в 1994 г.. Выводим

Итак, физически в процессоре вообще ничего не требуется делать 32-битным. Достаточно лишь архитектурно убедить программиста, что ЦП выполняет 32-битные операции одной командой. И хотя она при отсутствии полноценных внутренних ресурсов неизбежно будет декодироваться в цепочки микрокода для управления 16-битными физическими порциями информации и аппаратными блоками - это уже программиста не волнует. Так что же, достаточно переписать прошивку, переделать декодер и схему управления, и вот наш 16-битный процессор сразу стал 32-битным?

Как известно, любую хорошую идею можно довести до абсурда, и тогда она сама себя дискредитирует. Увеличение разрядности ЦП - не исключение. На этом месте архитектурщик сразу должен задаться вопросом - а зачем всё это? Увеличивать разрядность данных хорошо для ускорения работы с ними (часто требуется обрабатывать значения, не умещающиеся в 16 бит), а адресов - для получения возможности оперировать большими объёмами данных (ограничение в 64 КБ для 16-битной адресации, кое-как ослабленное сегментной моделью IA-16, сковывало программистов уже в середине 80-х). Можно, конечно, сделать страничную адресацию с программно переключаемыми банками (могли же 8-битные ЦП адресовать 1 МБ на популярных дешёвых ПК и игровых приставках), но ценой усложнения программ и замедления доступа к памяти. Аналогично - разве имеет смысл делать 32-битность для данных такой, что она почти не ускоряет производительность по сравнению с обработкой 32-битных чисел на 16-битной платформе под управлением программы, а не микрокода? Таким образом мы только упростим программирование, сэкономив на числе команд, но не получим скачок в скорости. Из чего мы приходим к выводу - увеличение разрядности должно реализовываться так, чтобы оно реально привело к качественному (больше памяти) и количественному (быстрее операции) скачку возможностей архитектуры. «Больше памяти» здесь относится именно к качественному развитию, т.к. многие алгоритмы и приложения вообще откажутся работать при недостатке ОЗУ, в то время как даже медленный процессор всё равно рано или поздно программу выполнит. Виртуальная память с дисковой подкачкой бессмысленна при менее чем 32-битной реализации.

Но означает ли всё это, что в ЦП как можно больше ресурсов, и аппаратных, и архитектурных, должны быть 32-битными, чтобы его можно было бы назвать полноценным 32-битным процессором? Совсем нет. Возьмём тот же MC68000 - у него 32-битная архитектура для данных и адресов и 32-битные регистры, но 16-битные АЛУ и внешняя шина данных и 24-битная физическая внешняя адресация. Тем не менее, недостаточная «32-битность» не мешает ему обгонять появившийся на 3 года позже «16-битный» 80286: на популярном в 1980-е бенчмарке Dhrystones MC68000 на 8 МГц набирает 2100 «попугаев», а 286 на 10 МГц - 1900 (также 16-битный i8088 на 4,77 МГц - 300).

Но всё это нам не поможет ответить на вопрос - что же такое разрядность процессора? В момент, когда мы уже было пришли к некоему заключению, на сцене появляется новый герой - тип данных. Всё вышеизложенное имело отношение лишь к целочисленным вычислениям и их аргументам. Но ведь есть ещё и вещественные. Кроме того, пока что мы оперируем скалярными величинами, но есть ещё и векторные. А ведь, по слухам, Intel намерена встроить вещественный сопроцессор прямо внутрь своего нового 80486 (напомню: на дворе у нас, условно - 80-е годы). С учётом того, что внутреннее физическое и архитектурное представление данных (с адресами FPU не работает) 80-битное - как же тогда называть «четвёрку» - «32/80-битным» процессором? Вернёмся обратно в настоящее - как называть Pentium MMX, который откусил 64 бита от каждого 80-битного скалярного вещественного регистра и назвал их целочисленным векторным регистром? А Pentum Pro/II с 256-битной шиной данных между кэшем L2 и ядром? (Ещё ранее MIPS R4000 и его варианты имели внутренний контроллёр L2 с внешней 128-битной шиной до самого кэша.) А как назвать Pentium III с его 128-битными регистрами XMM, хотя в каждом таком векторе могут пока храниться лишь 32-битные компоненты, а обрабатываться лишь парами в 64-битных ФУ, но не четвёрками? А как воспринимать готовящиеся сейчас для новых архитектур (в частности, Intel Larrabee) команды векторной адресации типа Scatter и Gather, где части векторного регистра воспринимаются как адреса, а не данные, и потому адресация тоже может считаться ххх-битной?

Современный спор о переходе с 32-битной на 64-битную платформу повторяет эту историю с дополнениями, ещё более подсаливающими и так разнообразное по вкусу блюдо. Прежде всего, если посмотреть на темпы удвоения разрядности (что бы под ней не понимали) однокристальных ЦП, то окажется, что переход от первых 4-битных к первым 32-битным произошёл всего за 8 лет - c 1971 г. (i4004) по 1979 г. (MC68000 и куда менее известный NS32016). Следующее удвоение до 64 бит потребовало 10 лет - i860 имел 32-битное целое скалярное АЛУ и 32-битные универсальные регистры со спариванием, но 64-битные FPU и целочисленное векторное ФУ, 64-битные внешние шины и, впервые, внутреннюю 128-битную шину ядро-кэш. А пока 64 бита добрались до ПК - прошло ещё лет 15, хотя 64-битный доступ к памяти (через 64-битную же шину данных, но для «32-битного» процессора) появился уже в первых Pentium в 1993 г.. А дело в том, что для целочисленных скалярных вычислений два главных типа операндов - данные и адреса - пока достаточно было иметь лишь 32-битными. Об избыточности 32-битной адресации для 80-90-х гг. уже сказано, но и жёсткая необходимость в 64-битных целочисленных вычислениях, в отличие от 32-битных, также до сих пор не возникала, да и не просматривается и сейчас. Для целых чисел диапазон от –2·10 9 до 2·10 9 или от 0 до 4·10 9 покрывает подавляющее большинство нужд, а редкие моменты 64-битности вполне удовлетворяются дедовским способом - операциями над частями операндов с переносом, что не так уж сильно медленнее и доступно с первых моментов появления 32-битных архитектур. Дополнительной пикантности добавляет тот факт, что 64-битная арифметика над целыми числами в архитектуре x86 появились ещё до AMD64 и EM64T, причём сразу векторная - начиная с набора SSE2 (2001 г.) существуют команды paddq и psubq для сложения и вычитания целых 64-битных компонентов, а команды 32-битного перемножения для любой архитектуры дают 64-битное число (команды деления, соответственно - его принимают; аналогично для многих 16-битных платформ, включая IA-16).

Разрядности некоторых процессоров для ПК

* - Мультиплексированная шина данных и адреса (для ЦП с интегрированным контроллёром памяти - только межпроцессорная)
«A/B|C/D» - для данных указана разрядность скалярного целого / вещественного | векторного целого / вещественного доменов
«X+Y» - имеет домены этого вида двух разрядностей
«X-Y» - в зависимости от команды или ФУ принимает все промежуточные значения с целой степенью двойки

Если вы дочитали до этого места, то объявленная цель статьи, скорее всего, уже достигнута, а Идеальное Конечное Точное Определение разрядности так и не найдено. Может быть, его вообще нет, и это даже хорошо. В конце концов, если компьютер это главный инструмент для работы с информацией, то каждая IT-технология это метод улучшения работы компьютера. Разрядность сама по себе ничего не даст в отрыве от всего остального арсенала высоких инфотехнологий. PDA/коммуникаторы, мобильники, нетбуки, медиа-плееры и прочая карманная электроника, а также гигантское количество встроенных контроллёров и бортовых компьютеров отлично работают, увеличивая свою популярность и без всякой 64-битности. Так зачем тогда переходят на большие разрядности? Зачем, например, никому пока не нужная 64-битность в Intel Atom для нетбуков, где 8 ГБ памяти мало того, что никому не нужны, так ещё и за пару часов досуха выжмут батарею, а научные или экономические вычисления (где могут потребоваться 64 целых бита) никто запускать не будет? Один из возможных ответов: «потому что мы можем». Дополнительная пара миллионов транзисторов для удвоения ещё оставшихся 32-битными блоков утонет каплей в море вентилей, уже потраченных на всё остальное в этом же чипе. Галопирующий прогресс микроэлектроники как главного паровоза IT сделал интегральный транзистор таким дешёвым, что теперь лакомый для любого маркетолога шильдик «64 bit» обойдётся потребителю в десяток лишних центов, обеспечивая совсем не бутафорское, а вполне реальное ускорение на 10-50 % в 1-5 % приложений. И если мелкая овчинка стоит почти бесплатной выделки, почему нет?