128-битные операционные системы: почему их нет?

Вот почему нет 128-битной операционной системы.

Существуют в основном 32-битные и 64-битные операционные системы, но как насчет 128-битных операционных систем?

Так что если вы хотите узнать, почему не существует 128-битных операционных систем, то вы попали по адресу.

Продолжай читать!

А как насчет битов и операционных систем?

В настоящее время существуют 32-битные и 64-битные процессоры, операционные системы и программы.

До их появления программисты работали с 8-битными и 16-битными системами.

Поэтому логично было бы предположить, что по мере развития техники будут появляться новые устройства и программы с большей разрядностью.

Следующим логическим шагом должно быть 128-битное.

Но имеет ли это смысл?

Давайте разберемся.

Разрядность в информатике — это количество битов, которое устройство может одновременно обрабатывать.

Есть:

• Разрядность процессора — разрядность его машинного слова.
• Пропускная способность шины данных — пропускная способность операционной системы.
• Объем программ и приложений.

Все эти разные понятия пересекаются и могут частично зависеть друг от друга. На самом низком уровне находится мощность процессора.

Почему нет 128-битных операционных систем? (3 шага)

Мы должны рассмотреть несколько вопросов:

• Проблемы, связанные с разрядностью.
• Разрядность процессора и разрядность ОС и как они связаны.
• Рост разрядности происходил исторически и почему он остановился на данный момент.

Увеличение емкости системы свыше 64 в настоящее время может представлять интерес лишь для узкого круга прикладных задач.

С ростом разрядности возрастает и точность вычислений.

128-битная (или выше) архитектура полезна для математически интенсивных операций, таких как графика, криптография и моделирование сложных систем, но не для операционных систем.

Исходя из предыдущего разговора, можно сделать вывод, что системы с 64-битным процессором сейчас достаточно для основной массы пользователей.

64-битная система обеспечивает достаточную производительность компьютера для большинства профессиональных приложений, таких как:

• Математика
• Физика
• геодезия
• Картография
• Криптография
• Базы данных

64 или даже 32 бита достаточно для большинства практических вычислений.

Более широкая шина памяти может ускорить загрузку инструкций и данных, а это очень много.

Тем не менее, каждая инструкция также требует больше памяти и вычислительной мощности, когда она использует больше битов.

Более высокая разрядность операционной системы не означает напрямую более высокую скорость.

Увеличение разрядности системы, вопреки ожиданиям, не дает прироста производительности пропорционально увеличению разрядности и возможно.

Наоборот, будет тормозить из-за необходимости обрабатывать более длинные адреса.

Итак, мы считаем, что 128-битные операционные системы не появятся в вашем локальном компьютерном магазине в ближайшее время.

Но, возможно, через 10 лет вы сможете работать на 128-битной операционной системе.

Нам просто нужно подождать и посмотреть.

Давайте углубимся в детали, почему это так:

Разрядность процессора №1

Основной характеристикой процессора является его тактовая частота.

Это количество циклов в секунду.

А вот разрядность процессора, в свою очередь, определяет объем обработки данных за такт, которыми процессор обменивается с оперативной памятью (ОЗУ).

Если размер данных за такт составляет 1 байт, то процессор называется 8-битным (8-bit).

Если размер 2 байта, процессор 16-битный (16-bit).

Если размер 4 байта, процессор 32-битный (32-bit).

Если размер 8 байт, то это 64-битный процессор (64-bit).

Исторически сложилось так, что увеличение разрядности процессора больше связано с увеличением адресного пространства, увеличением длины и сложности выполняемых инструкций.

При этом увеличение быстродействия процессоров за счет этого увеличения не рассматривается, вероятно, из-за незначительности этой величины.

В 1978 году с создания микропроцессора Intel i8086 началась эра x86.

В том же году был разработан i8088; его основным отличием была 8-битная внешняя шина данных, которая обеспечивала совместимость с 8-битной привязкой и памятью, использовавшейся ранее.

В 1982 году Intel анонсировала i80286, 16-разрядный x86-совместимый микропроцессор второго поколения. Это улучшенная версия процессора Intel 8086.

Основные преимущества нового процессора — в 3-6 раз более высокая производительность и дополнительные режимы адресации.

Однако его главным атрибутом была совместимость с существующим программным обеспечением.

В 1985 году Intel выпустила i80386, пожалуй, самое значительное событие в истории процессоров x86.

Это было революционно: 32-битный многозадачный процессор с возможностью запуска нескольких программ одновременно.

В Intel 386 значительно улучшено управление памятью по сравнению с i80286 и встроена многозадачность, что позволило разрабатывать операционные системы Microsoft Windows и OS/2.

На самом деле, до недавнего времени большинство процессоров были не чем иным, как быстрыми 386-ми.

Многие современные программы используют ту же архитектуру 386, но работают быстрее.

В 1989 году Intel выпустила процессор 80486 (также известный как i486, Intel 486 или просто 486-й).

Это 32-битный скаляр x86-совместимый микропроцессор четвертого поколения, построенный на гибридное ядро ​​CISC-RISC.

80486 — это улучшенная версия микропроцессора 80386.

Кроме того, это был первый микропроцессор со встроенным математическим сопроцессором (FPU).

В 2002 году Intel предложила 64-битную архитектуру для замены процессоров Intel процессорами AMD (AMD64).

Intel представила новое обозначение EM64T (Extended Memory 64-Bit Technology), чтобы не отставать от своих конкурентов.

В настоящее время используются как 32-битные, так и 64-битные процессоры.

Здесь необходимо некоторое пояснение. В обозначении профессионалактивистские архитектурымы встречаем аббревиатуры x86 и x64.

X86 — это 32-разрядный процессор, а x64 — 64-разрядный.

Почему процессор 32-битный, а архитектура называется x86?

Это название произошло от ранних моделей процессоров, оканчивавшихся на 86 и имевших 32-битную архитектуру: 8086, 80286, 80386, 80486.

С переходом на 64-битную архитектуру разрядность внутренних регистров 64-битных процессоров увеличилась вдвое (с 32-бит до 64-бит).

В результате 32-битные команды кода x86 получили 64-битные аналоги.

Кроме того, в связи с расширением ширина адресной шиныобъем памяти, адресуемой процессором, значительно увеличился.

Одним из основных различий между системами x86 и x64 является использование оперативной памяти компьютера.

Предел использования оперативной памяти для 32-разрядных систем составляет 2 ^ 32 = 4 294 967 296 бит или 4 ГБ.

Если на устройстве установлено более 4 ГБ оперативной памяти, остальное система использовать не будет.

Для 64-бит это будет 2^64 = 18 446 744 073 709 551 616 или 18 миллионов терабайт.

Когда размер оперативной памяти превысит это значение?

Основным недостатком x64 является то, что 64-битные программы используют гораздо больше оперативной памяти для выполнения своей работы.

Поэтому, если у вас мало оперативной памяти, ставить x64 не имеет смысла.

Кроме того, нужно учитывать, что сама операционная система (ОС) также использует часть оперативной памяти.

Основной причиной внедрения 64-битной архитектуры является разработка приложений, которым требуется большое адресное пространство.

Ограничение 4 ГБ оперативной памяти 32-разрядных систем влияет на производительность таких ресурсоемких программ.

Когда применение 64-битной архитектуры более эффективно:

• Высокопроизводительные серверы и системы управления базами данных, где скорость работы увеличивается многократно с увеличением объема оперативной памяти
• Системы проектирования, моделирование конструкций и технологических процессов, таких как геодезия и картография
• Вычислительные системы для математических и научных расчетов и моделирования физических экспериментов
• Криптография, сила которой растет с ростом длины операнды и ключи
• Моделирование 3D-ситуаций

Кроме того, 64-битные процессоры позволяют эффективно обрабатывать огромные числа.

Вычисления с большими числами или требованиями высокой точности — одна из сильных сторон 64-битной архитектуры, потому что даже обычный плавающая запятая число точно вписывается в 64-битное.

Эта функция востребована в некоторых конкретных операциях, таких как шифрование или кодирование мультимедиа.

Разрядные версии операционных систем

Как мы узнали выше, первична разрядность процессора.

Чтобы выбрать правильную ОС, вам нужно знать битрейт вашего процессора и объем оперативной памяти.

Если у вас х64-битный процессор и оперативная память больше 4 ГБ (в идеале от 6 ГБ), однозначно стоит установить х64-битную систему.

Если объем оперативной памяти в вашей системе составляет ровно 4 ГБ, иногда люди будут устанавливать 64-разрядную систему, чтобы не потерять полгигабайта памяти.

Но это заблуждение, поскольку система x64 использует для своей работы больше памяти, что делает такую ​​установку нецелесообразной.

Когда объем оперативной памяти не превышает 4 ГБ, а процессор еще и работает в режиме x32, ничего не остается, кроме как установить ОС x32.

В чем разница между х64?

64-битная ОС «видит» большие объемы памяти, умеет с ними работать и позволяет запускать 64-битные приложения.

На каждый бит, который вы добавляете к архитектуре ОС, мы удваиваем количество доступных адресов.

Адреса — это количество комбинаций, которые вы можете сформировать с заданным количеством битов. Например:

1 бит = 0 или 1, что в сумме дает 2 комбинации

2 бита = 00, 01, 10 или 11, что в сумме дает 4 комбинации

3 бита = 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 или 111, всего 8 комбинаций

Таким образом, переход от 32-битного (всего 4 294 967 296 комбинаций) к 64-битному (всего 18 446 744 073 709 551 616 комбинаций) уже является излишним.

И дело не только в адресуемом пространстве, которое резко увеличилось. Посмотрите на эту таблицу для операционных систем Windows:

Архитектурная составляющая64-битные окна32-битные окнаВиртуальная память16 терабайт4 ГБРазмер файла подкачки256 терабайт16 терабайтHyperspace8 ГБ4 МБУстаревший пул128 ГБ470 МБНевыгружаемый пул128 ГБ256 МБСистемный кэш1 терабайт1 ГБСистемные PTE128 ГБ660 МБ

64-битная ОС также позволит вам запускать обычные 32-битные программы. Таким образом, вам не нужны настройки для этого.

Просто в 64-битной системе есть подсистема для выполнения 32-битных приложений.

Поэтому вы можете успешно устанавливать и работать как с 32-битными, так и с 64-битными приложениями.

Однако, хотя 32-разрядные приложения могут работать в 64-разрядной ОС, наоборот это не работает.!

Следующий технический момент заключается в том, что для 64-битных операционных систем требуются 64-битные драйверы.

Как правило, все современные ПК-устройства, ноутбуки и периферия имеют две версии драйверов на прилагаемом установочном диске; то есть 32- и 64-битные.

При работе с современными устройствами проблем с этим быть не должно.

#3 128-битные операционные системы

В информатике и вычислительной технике 128-бит используется для обозначения структур и типов данных, которые занимают 128-бит памяти компьютера или 16 байт памяти.

В 128-битных компьютерных архитектурах все основы, такие как регистры, адресные шины или шины данных, являются 128-битными.

Исследователи описали 128-битный мультикомпаратор в 1976 году.

В 1999 году появилась конструкция центрального процессора (ЦП) со 128-битными мультимедийными расширениями.

Без ведома многих из нас мы уже используем 128-битные режимы.

Да, не существует обычных процессоров общего назначения, способных одновременно обрабатывать 16 байт.

Однако 128-битная емкость присутствует на общем рынке не менее пятнадцати лет в ограниченном виде.

Еще раньше были экспериментальные и коммерческие разработки, в первую очередь модификации DEC VAX.

Начало было положено «мультимедийными» инструкциями MMX/SSE в конце 90-х, манипулирующими 128-битами, пусть и не как одним целым, а делящимся на несколько чисел.

В «безадресной» корпорации Transmeta гремела оригинальная микросхема, использующая 128-бит для ускорения трансляции и исполнения эмулируемого машинного кода чужих процессоров.

Сегодня последняя версия самой популярной ОС MS Windows откажется работать на компьютере, процессор и материнская плата которого не поддерживают ассемблерную инструкцию CMPXCHG16B, оперирующую 128-битным числом.

Наконец, многие вспомогательные технологии в массовых вычислениях используют 16-байтную математику: память в графических картах, адресация IPv6, ZFS (файловая система зеттабайт).

Все они выиграют, если центральные микропроцессоры станут 128-битными.

Вам нужна 128-битная операционная система? (Преимущества и недостатки)

64-разрядные программы предоставляют программам прямой доступ к объему памяти, примерно в миллиард раз превышающему объем памяти современных ПК.

Тем не менее, даже для специализированных суперкомпьютеров это ограничение может быть преодолено другими архитектурными изменениями, помимо простого увеличения количества битов.

Большинство чисел редко превышает несколько миллионов в типичной компьютерной программе, намного меньше, чем 64-битные числа, которые составляют миллиарды миллиардов (18 446 744 073 709 551 616).

Компьютерные программы также обычно используют так называемые числа с плавающей запятой, которые представляют собой дробные числа. Здесь количество битов повышает точность.

Однако точность битов с плавающей запятой имеет мало общего с битами операционной системы или объемом памяти.

Преимущества Bit Growth для ОС и ЦП:

• Увеличенное адресное пространство при переходе с 32-разрядной системы на 64-разрядную, но в обозримом будущем ее будет сложно использовать.
• Более высокая точность вычислений. В 64-битной системе с увеличением разрядности происходит увеличение точности вычислений. Но пока эти требования возникают только для прикладных специализированных расчетов.

Переход к 64-битам позволяет обрабатывать числа до 64-бит за одну арифметическую операцию.

Однако необходимость работать с числами свыше двух миллиардов (32 бита) возникает нечасто.

Таким образом, реальная польза от этого нововведения возможна для криптографии и серьезных научных исследований.

Недостатки Bit Growth на ОС и ЦП:

• Увеличение длины слова требует увеличения объема выделенной для него памяти, что можно заметить при переходе с 32-битных систем на 64-битные. Значительное увеличение объема оперативной и постоянной памяти ограничено их высокой ценой.
• При использовании систем с возрастающей разрядностью потребуется замена программного обеспечения пользователей.

• Большие предметы на рабочем столе: замедляют работу компьютера?
• Много элементов на рабочем столе: замедляет работу компьютера?