64 бита для всех

Автор: Сергей Озеров
Опубликовано в журнале "Компьютерра" №41 от 10 ноября 2005 года

Сегодняшняя статья - своеобразный долгожитель: задуманная больше года назад, она то и дело откладывалась, но терпеливо ждала своего часа. Слишком уж много рутинной работы требовалось для ее написания. Читать техническую документацию на пятьсот страниц - куда менее приятно (хотя порой и не менее увлекательно), чем тестировать новейшую эксклюзивную видеокарту в свежем F.E.A.R., слушать на хайфайной акустике музыку или бродить по городу в обнимку с симпатичной девушкой и фотоаппаратом наперевес. Но положительные отклики на "архитектуру процессоров" и настойчивые просьбы редактора "написать еще чего-нибудь в том же стиле" - хороший стимул для преодоления творческой лени. Так что я собрал всю свою волю в кулак, достал из пыльных архивов накопившиеся мегабайты PDF-мануалов - и написал эту статью. Надеюсь, она вам понравится.

История знает много разных компьютеров и много разных технологических решений, применявшихся в них. Лампы, транзисторы, ИС, БИС и СБИС; CISC, RISC и VLIW; компьютеры большие и маленькие; процессоры удачные и неудачные. Компьютеры на троичной логике, аналоговые машины, стохастические вычислители и компьютеры с "байтом" из девяти битов - бывало всякое. Однако конечный результат эволюции известен всем - это "тьюринговые" компьютеры с процессором, линейной оперативной памятью и средствами ввода-вывода и накопления информации, основанные на детерминированных вычислениях, двоичной логике и восьмибитных "неделимых" атомах информации - байтах. Но поскольку в один байт много не запишешь, то собственно байтами процессоры оперируют редко (разве что совсем уж простые 8-битные микропроцессоры), используя гораздо более крупные объекты - машинные слова[По традиции, идущей от первого процессора семейства x86 - CPU Intel 8086, который оперировал 16-разрядными числами, словом (word) обычно называют два байта. Потом, когда x86-процессоры получили возможность работать и с 32-разрядными данными, для совместимости со старым программным обеспечением эти 32 бита стали представлять в виде двух 16-битных слов - вот и получилось четырехбайтное двойное слово (double word). Таким образом, четверное слово (quad word) соответствует 64-битным данным (8 байтам) и т. д.]. При этом самые популярные сегодня x86-процессоры прошли почти весь путь усложнения объектов, с которыми они работали, начав с 8 битов (Intel 8008, 8080, 8085), "выбившись в люди" на 16 битах (8086 и 80286), надолго застряв на 32 битах и вот наконец, два года назад, обретя 64-битность. Но что это такое, как оно устроено, как его использовать и что это дает обычному пользователю? Об этом - наш сегодняшний рассказ.

8, 16, 32, 64…

Что вообще такое "разрядность процессора"? Как ни странно, это отнюдь не максимальный размер обрабатываемых данных. Складывать и вычитать 64-битные числа x86-процессоры умеют еще со времен Intel Pentium MMX; более того - даже i486 мог работать не только с 64-битными, но и с 80-битными числами, записанными в формате длинной двойной точности с плавающей запятой (long double). И если уж проводить аналогию дальше, то обрабатываемые инструкциями SSE-наборов операнды (регистры XMM) вообще имеют длину 128 бит. Но поддержка инструкций MMX, x87 и SSE 1/2/3 отнюдь не делает процессор 64-, 80- или 128-битным. Грубо говоря, по возможностям вычислений 64-битный процессор теоретически почти ничем не отличается от 32-битного, но достаточно продвинутого собрата[На самом деле, 32-разрядные процессоры, например, не умеют перемножать целочисленные 64-битные числа и делить 128-битные целые числа на 64-битное число, но это уже детали]. Да, работать с ним не так удобно, но при желании можно. В любом случае, соответствующие данные (long long integer или __int64, в общепринятой терминологии языка C) в программах встречаются нечасто.

Так в чем же дело?

А в том, что и x87, и SSE - расширенные наборы инструкций, работающие со специализированными регистрами процессора. Они никак не затрагивают сердце процессора - его базовый набор инструкций (Instruction Set Architecture, ISA) и базовые регистры общего назначения (General Purpose Registers, GPR), равно как и некоторые "представления" процессора об окружающем его мире. Лирик, наверное, не упустил бы здесь возможности немного пофилософствовать на тему подобных "неощутимых" с первого взгляда, но очень глубоких по своей сути различий, но я не философ, а математик, и потому просто скажу, что на практике главное отличие GPR-регистров от всех остальных в том, что их можно использовать для адресации оперативной памяти. То есть 64-битный процессор - это не тот, который в принципе может работать с 64-битными числами (хотя это он тоже должен уметь делать, выполняя с 64-битными целыми числами все базовые арифметические операции), а тот, который способен этими числами "нумеровать" ячейки памяти.

Чтобы было понятнее, о чем идет речь, поясняю: стандартная модель записи целочисленных чисел позволяет записать в 32-разрядный GPR-регистр процессора архитектуры IA-32 любое целое число от 0 до 232–1. Оперативная память с точки зрения прикладных приложений представляется здесь в виде эдакой длинной ленты из ячеек определенного размера (1 байт в x86), причем все они "пронумерованы" - ячейка 0, ячейка 1 и так далее, вплоть до ячейки 4.294.967.295. Какие-то ячейки могут "отсутствовать" - в этом случае обращение к ним будет вызывать ошибку, однако потенциальная возможность обратиться к этой ячейке существует всегда. А вот у 32-разрядного процессора возможности обратиться к ячейке 4.294.967.295 нет в принципе - просто потому, что он не сможет "дать ей название".

Что это означает на практике? Только то, что ни одна "классическая" 32-битная программа не может использовать больше 4 Гбайт (232/210*210*210) памяти. Поэтому если вы спросите продавца о преимуществах 64-разрядного процессора, то именно эту сакральную фразу о "поддержке большого объема оперативной памяти" (вместе с вопросом "а оно вам надо?") и услышите. Но все-таки не спешите сводить эту возможность к установке в систему четырех двухгигабайтных планок SDRAM. Все далеко не так просто.

64-разрядность и оперативная память

Первая "особенность", о которой часто забывают, рассматривая 64-разрядные процессоры, - это то, что во всех современных компьютерах программы работают не с физической, а с виртуальной оперативной памятью, то есть программная адресация памяти может не совпадать с действительным расположением этой памяти в компьютере. В нашей модели длинной ленты ячеек мы можем нумеровать их в произвольном порядке (0, 6533, 21, 554, 54223563, 2, …). Это очень удобно в многозадачных операционных системах: по-разному пронумеровав ячейки и раздав их разным приложениям (после чего в памяти образуется каша, когда данные разных программ лежат вперемешку), на логическом уровне мы сохраняем линейность и стройность, поскольку каждая программа работает не с этой кашей, а с виртуальным пространством адресов, в которое попадают данные только этой программы, и расположенные именно так, как программе привычно.

Впрочем, перенумерацией дело не ограничивается, поскольку вместе с номерами указываются всяческие атрибуты - "только для чтения", "только для операционной системы" и пр. Вдобавок для некоторых ячеек можно указать, что они в оперативную память "пока не загружены". Встретив такую пометку, CPU генерирует специальную системную ошибку (Page Fault) и обращается за помощью к операционной системе, которая может, к примеру, загрузить данные для этой ячейки с жесткого диска (техника своппинга). Поэтому всегда следует помнить, что "ограничение 4 Гбайт" в первую очередь относится не к физической, а к виртуальной оперативной памяти, доступной процессу. А вот что стоит за этими четырьмя гигабайтами адресного пространства - скромные ли 128 Мбайт памяти SDRAM или кусочек от пары терабайтов дискового массива - неважно: собственно процессор этот "реальный мир" почти ничем не ограничивает.

Но все же - что дает разрядность? Если процессор поддерживает длинные физические адреса (в архитектуре x86 соответствующий режим называется Physical Address Extension, PAE[Если подробнее, то в PAE используется 52-битная адресация, позволяющая адресовать до четырех петабайт данных]), то мы можем поставить на сервер хоть 64 Гбайт оперативной памяти и выделять ее разным приложениям. Условия вроде "не более двух гигов для чипсета такого-то" - это ограничения именно чипсета, не умеющего обслуживать большой объем памяти, а не 32-разрядной системы. Поэтому в серверных приложениях, когда на одном сервере, как правило, запущено несколько десятков одновременно работающих приложений, пресловутый "барьер в 4 Гбайт" практически не ощущается. Но означает ли это, что сегодня 64-разрядный x86 никому не нужен?

Конечно, нет! 64-разрядность виртуальной памяти в приложениях востребована уже сейчас, просто эти "добавочные биты" используются другими способами.

Во-первых, какую-то часть виртуального адресного пространства может забирать операционная система. К примеру, MS Windows обычно использует для своих нужд старший бит виртуального адреса, ограничивая адресное пространство запущенного в ней приложения 31 битом и 2 Гбайт адресного пространства. А два гигабайта оперативной памяти, согласитесь, куда ближе к реальной жизни, нежели гипотетические четыре; и ситуацию, когда их начнет не хватать, представить гораздо проще. Можно, правда, попытаться использовать специальный режим, когда Windows будет предоставлять процессам не два, а три гига адресного пространства, но работает он, к сожалению, далеко не всегда, зачастую роняя при неправильной настройке операционную систему.

Во-вторых, линейное адресное пространство подвержено "засорению" - процессу, в ходе которого в нем образуются дырки, которые невозможно использовать. Программы часто оперируют не байтами и словами, а гораздо более крупными структурами, занимающими десятки, сотни и даже миллионы байт информации. Если мы использовали эту структуру, а затем необходимость в ней отпала, то в памяти остается дыра, совпадающая по размерам и расположению с местом, где лежали данные этой структуры. И удастся ли сию дыру использовать - еще бабушка надвое сказала. Иногда почти вся оперативная память состоит из дырок, не несущих никакой практической пользы, и места для записи даже небольшого объема данных не находится[Подобным особенно грешат операционные системы и среды разработки компании Microsoft: менеджер памяти, используемый в Windows, не столь эффективен, как его UNIX-собратья, и "мусора" в памяти оставляет гораздо больше. Иногда это приводит к тому, что нормально работающие на UNIX программы, использующие вдобавок сравнительно небольшой объем оперативной памяти, в MS Windows через некоторое время вылетают с ошибкой Out of memory].

В-третьих, существует такая интересная техника, как маппинг файлов на оперативную память. "Маппить" можно что угодно, причем это не только самый быстрый, но и один из самых удобных способов обработки файлов. Не нужно ничего читать из файла или записывать в него, не нужно думать об эффективном кэшировании данных - все происходит автоматически. Просто "мапнул" файл на память - и находившиеся в нем данные волшебным образом мгновенно оказались доступными приложению. В "настоящую" оперативную память они будут подгружаться только при обращении к ним, а в случае длительной "невостребованности" - вновь возвращаться на жесткий диск, освобождая место для чего-нибудь более актуального. Реализовать что-либо подобное "вручную" - практически невозможно. Но, к сожалению, на двух гигабайтах адресного пространства Windows особенно не развернешься[И на 4 Гбайт своп-файла, которыми нас обычно ограничивает Windows (ругать так ругать!), - зачастую тоже], поэтому техника маппинга задействуется только тогда, когда высокая скорость обработки файлов для приложения становится критичной.

Поэтому даже если бы в технологиях EM64T/AMD64 не было бы ничего сверх возможности оперировать с 64-битными указателями[Указатель на оперативную память (обычно просто говорят: указатель) - это ячейка памяти, в которой записывается номер другой ячейки. То есть, к примеру, мы можем как-то использовать в программе это число (номер ячейки) - присваивать его, изменять, увеличивать или уменьшать, а потом вызвать специальную операцию "разыменования" - взятия данных, расположенных по этому адресу в оперативной памяти. В C/C++ и подобных языках программирования указатели выделены в самостоятельный тип данных, и программист работает с ними "вручную"; в других языках "арифметику" указателей от программиста прячут, предлагая работать с более высокоуровневыми абстракциями, однако в машинном коде и оперативной памяти указатели встречаются почти всегда] на оперативную память, они по-прежнему оставались бы востребованными и своего покупателя все равно бы нашли. Но стоила бы в этом случае овчинка выделки?

Явные недостатки x86-64

Увы, нет. По крайней мере в ближайшие года три. Изменения регистров общего назначения и системы адресации памяти - совсем не то, что добавление новых регистров и новых инструкций для работы с ними. Расширения никак не влияют на работу старых программ, которые об их существовании и не догадываются; а вот пройти мимо изменений использующихся на каждом шагу регистров общего назначения - даже в уже существующих приложениях - невозможно. Очень часто приложения явным или неявным образом апеллируют к тому, что данные, которые они используют, имеют ту или иную длину и неожиданный сюрприз в виде занимающего не 4, а 8 байт указателя на оперативную память для них почти всегда фатален. Даже если программа не занимается "явным приведением типов", превращая их в 32-битные целые числа и обратно (это из сугубо программистских заморочек), то почти наверняка хоть где-нибудь она работает со структурой данных, в которую одним из компонентов входит тот самый указатель, и где для него отведено строго четыре байта, зажатых слева и справа данными той же или других структур. Так что подавляющее большинство существующих 32-битных программ в 64-битном режиме выполняться не будут.

Это не такая уж катастрофа, как может показаться: современные процессоры умеют быстро переключаться между 32- и 64-битным режимами, однако как минимум одно приложение, работающее на 64-битном компьютере, эти "нововведения" все-таки должно поддерживать. Ибо если даже операционная система, заведующая менеджментом виртуального адресного пространства, будет работать в 32-битном режиме, то ради чего мы боролись? Поэтому сформулируем "принцип номер один" для 64-битных систем: для поддержки 64-битности операционная система тоже должна быть 64-битной. Правда, объем переделок, которые для этого требуются, велик, но не бесконечен - релизы UNIX-систем с поддержкой AMD64 появились всего лишь несколькими месяцами позже представления новых систем, так что если бы этим дело и ограничилось, то особых поводов для беспокойства не возникло. Но, к сожалению, драйверы для операционных систем - это часть ОС, и, волей-неволей, они тоже должны быть 64-битными. А поскольку драйверы пишут тысячи и десятки тысяч "сторонних разработчиков", которым отнюдь не улыбается одновременно поддерживать 32- и 64-битные версии, не говоря о том, чтобы создавать драйвер для "железки", выпуск которой уже два года как прекращен, то это уже очень серьезная проблема, не решенная до сих пор[Сообществу OpenSource проще: там почти ко всем драйверам идут исходники, и зачастую достаточно простой перекомпиляции исходников, чтобы получить из 32-битной версии 64-битную или наоборот. Юниксоиды вообще стараются по возможности создавать переносимый код, который можно использовать с минимумом изменений на разных платформах; но даже если перекомпиляции недостаточно, то "модификация" этих исходников с исправлением тонких мест, вызывающих проблемы с 64-битностью, в принципе доступна любому мало-мальски грамотному программисту. Поэтому с "опенсорсными" 64-битными драйверами особых проблем сейчас нет. А вот с "фирменными" (вроде поддерживающего в Linux аппаратное ускорение OpenGL-драйвера для видеокарт nVidia) есть, хотя вендоры и стараются оперативно их решать].

Второе "слабое место" 64-битных процессоров в том, что обработка 64-битных данных заведомо требует больше времени, чем обработка 32-битных, и, что еще важнее, 64-битные программы и данные к ним занимают в оперативной памяти гораздо больше места. А поскольку оперативная память - ресурс медленный и дефицитный (кэш-память, особенно кэши первого уровня, имеет конечные размеры), то вместе с возросшей вычислительной сложностью это приводит к сильному падению "чистой" производительности процессора в 64-битных режимах. А что вы хотели, за все нужно платить, и в классическом варианте за поддержку большого объема памяти, устранение "проблемы мусора" и упрощение процедуры маппинга файлов на память приходится расплачиваться сравнительно невысоким быстродействием процессора, подсистемы оперативной памяти и несовместимостью с ранее написанными драйверами. Разумеется, в перспективе мы никуда от этого не уйдем, но сегодня потенциальные недостатки 64-битности для обычного пользователя перевешивают ее потенциальные достоинства.

Но кто сказал, что x86-64 - это только 64-битные указатели, команды и регистры GPR?..

IA-32 versus x86-64

Переделывая почти весь процессор и весь набор поддерживаемых им инструкций, мы все равно получаем несовместимость в 64-битном режиме со старыми программами. Так почему бы заодно не исправить ошибки предшественников и не убрать из x86 устаревшие ограничения? 64-битный режим не просто улучшенная версия IA-32 ISA, фактически это следующая версия архитектуры x86, во многом лишенная "родовых травм" этого семейства, начинавшегося с микроконтроллеров и долгое время не претендовавшего на "серьезное" использование.

Первое и, пожалуй, главное преимущество, которое получила архитектура x86-64, - долгожданная поддержка шестнадцати регистров общего назначения и шестнадцати регистров XMM. На первый взгляд это чисто количественное изменение, но на самом деле - принципиальная во всех отношениях доработка архитектуры IA-32. Судите сами: у современного IA-32 восемь регистров общего назначения (EAX, EBX, ECX, EDX, EDI, ESI, EBP и ESP), восемь 64-битных регистров MMX (MMX0–MMX7) и восемь же регистров SSE (XMM0–XMM7). Не замечаете ничего странного? Откуда вообще взялась цифра восемь? Для ответа на этот вопрос нам потребуется обратиться к "основам основ" - к формату x86-инструкций.

Каждая инструкция представляет собой длинную комбинацию из пяти составляющих: а) опкода (operation code, opcode), описывающего, что нужно сделать с данными, б) поля ModR/M, в котором записывается "подвид" инструкции, режим адресации памяти (как и у всякого CISC-процессорa, этих подвидов у x86 много) и один или два регистра, используемых инструкцией, в) поля SIB (Scale-Index-Base), в котором при некоторых режимах адресации памяти записываются еще два регистра (база и индекс) и масштаб, г) полей Displacement и Immediate, в них записываются используемые инструкцией константы, д) набора "приставок" (prefixes), позволяющих задать "нестандартные" режимы использования инструкции. Обязательным является только поле опкода, все остальные опциональны и могут отсутствовать[Теперь понимаете, что имелось в виду под "непомерной сложностью декодирования CISC-инструкций"?].

Оставим в стороне вопрос о том, для чего нужна столь сложная конструкция и как она работает, и сосредоточимся на одном-единственном интересующем нас аспекте: как в x86 кодируются используемые инструкциями операнды. Смотрите: поля Reg/Opcode[В принципе здесь может быть записан не регистр, а (для некоторых инструкций) дополнительный опкод, указывающий на ту или иную разновидность одной и той же инструкции] и R/M[Здесь тоже не всегда записывается регистр - иногда это поле используют для кодирования одной из 24 разновидностей режимов адресации памяти. В x86 много подобных "тонкостей"] занимают по три бита, поля Index и Base в SIB - тоже трехбитные. А трехбитных комбинаций, как легко посчитать, всего восемь, именно столько регистров может быть одновременно доступно любой программе. Так было задумано еще три десятка лет назад, при проектировании Intel 8086, и с тех пор ничего не изменилось, хотя Pentium 4 отличается от 8086, как небо от земли. Восемь регистров современных Athlon и Pentium не блажь разработчиков и не техническая необходимость, а фундаментальное ограничение самого набора инструкций x86.

Что же делать, если нам хочется как-то обойти это ограничение, не теряя совместимости со старыми приложениями? К счастью, инженеры, проектировавшие x86 ISA, были очень талантливыми и прозорливыми, а потому заложили в архитектуру возможность вводить перед инструкциями приставки - специальные указатели, так или иначе изменяющие значения инструкций. Скажем, приставка LOCK говорит, что инструкция должна быть выполнена в "атомном" режиме["Атомный" режим - это когда выполнение инструкции гарантированно не будет прервано каким-нибудь внешним событием. К примеру, если мы что-нибудь записываем в оперативную память, то начиная с момента исполнения и до завершения атомной инструкции никто "посторонний" не сможет ни записать в то же место оперативной памяти, ни прочитать оттуда. Используется в многопроцессорных системах для организации межпроцессорного взаимодействия], приставки 2E и 2F подсказывают процессору, произойдет условный переход или нет, а приставка 66 приказывает переключаться между 16-битным и 32-битным представлением данных в регистрах. Поэтому когда разработчикам x86-64 понадобилось добавить в архитектуру IA-32 поддержку 64-битности, они сделали очень простую и в то же время гениальную вещь, введя набор 64-битных приставок REX, которые не столько расширяют возможности инструкций, сколько служат для кодирования дополнительной информации в четырех своих полях. Поле REX.W задает "размер" обрабатываемых данных: если здесь записан нолик, то обрабатываемые регистры интерпретируются как 32-битные, если единичка - то как 64-битные; а поля REX.R, REX.X и REX.B - старшие биты, дополняющие трехбитные поля ModR/M.Reg, SIB.Index и, в зависимости от ситуации, ModR/M.R/M или SIB.Base соответственно. Знаю, что это звучит не слишком понятно, поэтому тут же поясню, что это означает. На самом деле в 64-битном режиме мы используем 4-битную кодировку регистров процессора, но три младших регистровых бита записываем на их "традиционные" места в инструкции, а старший бит - переносим в приставку REX, обходя тем самым архитектурное ограничение. А заодно, помимо поддержки восьми новых GPR-регистров R8–R15 и SSE-регистров XMM8–XMM15, получаем возможность отключить 64-битные вычисления, когда они нам не требуются, - и пропорционально сэкономить на времени исполнения и занимаемом данными месте! И все это - одним-единственным байтом!

Вторая группа усовершенствований - отказ от поддержки безнадежно устаревших и давно не использующихся возможностей IA-32. В расширенном режиме не поддерживаются Real Mode и Virtual 8086-mode[Да-да, Virtual 8086 - это именно то, о чем вы сейчас подумали, - полная имитация процессора Intel 8086. Много ли найдется людей, которые пожалеют о его отсутствии?], и почти полностью отключена сегментация[Поскольку читатель уже заскучал от обилия технических фактов, не буду утомлять его описанием сегментированной модели памяти 80286, скажу только, что сегментация - это очень упрощенный аналог виртуальной памяти] (хотя некоторые настройки сегмента CS и сегменты FS/GS все же можно использовать); не поддерживаются инструкции, работавшие с этими сегментами, и инструкции, оперировавшие BCD-числами[BCD (Binary Coded Decimal) - это когда десятичное число записывается шестнадцатеричными цифрами. Например, 54d - в виде 54h = 01010100b вместо традиционных 36h = 00110110b]. Все это позволяет заметно облегчить процессору жизнь и в перспективе - повысить его производительность. К примеру, отказ от сегментации позволяет при обращении к оперативной памяти не вычислять линейный адрес и не проверять его допустимость в рамках сегмента, а значит, эффективность этой подсистемы при переходе к x86-64 существенно возрастет.

"А как обстоят дела с совместимостью со старыми программами?" - спросит читатель. Посмотрим: если обойтись без приставки REX, то процессор будет считать, что все записанные там данные - нули, то есть новые регистры не используются, а размер операндов инструкции равен 32 битам, то есть старшие 32 бита каждого 64-разрядного регистра при подобных вычислениях явным образом забиваются нулями. Как легко догадаться, инструкция без префикса REX даже в 64-битном режиме будет работать точно так же, как она работала и в 32-битном; и если соблюдать меры предосторожности (в частности, не выходить при адресации за границу "нижних 4 Гбайт" виртуальной памяти, то даже в 64-битном режиме все программы будут работать как и в 32-битном! Красивое решение? Мне кажется, да. Если программе не требуется поддержка всяческих "64-битностей", то она может запросто продолжать работать на "физически" 64-битном процессоре в 32-битном режиме, не используя ни 64-битные указатели, ни 64-битные вычисления, зато "радуясь" удвоенному количеству регистров и другим улучшениям x86.

К сожалению, "нет в мире счастья", и по кодировке префиксы REX совпадают с шестнадцатью "сокращенными" инструкциями семейств INC и DEC (увеличение или уменьшение содержимого регистра на единичку). Вдобавок в 64-битном режиме не поддерживается ряд инструкций и "режимов" x86 (о чем речь пойдет ниже), а для нескольких инструкций изменены опкоды или их смысловая нагрузка[К примеру, инструкция 90h в классическом x86 означает XCHG EAX, EAX (поменять местами регистр EAX с регистром EAX). Поскольку от перестановки двух одинаковых регистров их содержимое не меняется, то эту комбинацию часто используют в качестве однобайтной "пустышки" (NOP), которая ничего не выполняет, зато занимает 1 байт машинного кода. Зачастую некоторые инструкции хочется "выровнять" в оперативной памяти, сделав так, чтобы они, например, не "пересекали 16-байтные границы" (если этого не сделать, то при декодировании инструкции возникнет "штраф", связанный с тем, что процессору придется "склеивать" инструкцию из нескольких 16-байтных кусочков); и если, скажем, эта инструкция - начало цикла, то непрерывная выплата "штрафа" может существенно замедлить выполнение программы. Вставка нескольких NOP’ов, "закрывающих" возникающие из-за выравнивания "дырки" в коде, - обычная практика, однако в 64-битном режиме процессор не просто переставит EAX с EAX местами, а еще и заполнит старшие 32 бита регистра RAX нулями - и наша инструкция уже не будет "настоящим" NOP’ом. Поэтому в x86-64 опкод 90h обрабатывается по-особому, всегда интерпретируясь как NOP]; так что даже в "тепличных" 32-битных условиях перекомпиляция программ для поддержки x86-64 все-таки требуется. Но и унывать по этому поводу не приходится: получить все преимущества от расширенного набора регистров без перекомпиляции все равно невозможно, а если очень хочется запустить 32-битное приложение, это можно сделать, временно переведя процессор в "режим совместимости" (Compatibility Mode), в котором полностью имитируется классический IA-32.

Какие процессоры поддерживают x86-64?

В случае AMD - все новые CPU без исключения. Athlon 64, Mobile Athlon 64, Turion и Opteron поддерживают технологию AMD64 изначально; процессоры Sempron (изначально этой поддержки лишенные) - начиная с определенного степпинга (E) или определенной даты (осени 2005 года). Отличить "новые" Sempron от старых проще всего по логотипу на коробке: у 64-разрядных Sempron’ов на упаковке стоит значок AMD64.

В случае Intel технологию EM64T поддерживают только процессоры новых степпингов (начиная с "E") в исполнении LGA775. Pentium D, Pentium eXtreme Edition и Pentium 4 семейства 6xx поддерживают EM64T изначально; процессоры Xeon - начиная c 90-нм ядра Nocona; процессоры Pentium 4 семейства 5xx и Celeron D семейства 3xx - только те модели, номер которых заканчивается на шестерку или единичку. Pentium 4 Extreme Edition 3,73 ГГц тоже поддерживает EM64T. Все остальные модели (в частности, Pentium M и процессоры в исполнении Socket 478) технологию EM64T не поддерживают и в ближайшее время эту поддержку не получат.

To 64bit or not to 64bit?

Так стоит ли переходить на x86-64 или нет? Думаю, после всего вышеизложенного ответ понятен: без сомнения, стоит! Технология x86-64 действительно предоставляет все преимущества 64-битных систем, содержит ряд качественных улучшений по сравнению с "классической" IA-32 ISA, но главное - позволяет не использовать 64-битные вычисления там, где этого не требуется, и сохраняет полную совместимость с любым 32-битным софтом. А потому единственный серьезный довод против, который до сих пор мешает широкому распространению технологии, - это необходимость поддержки x86-64 операционной системой и использования редких и порой не до конца отлаженных и "недооптимизированных" 64-битных драйверов.

Благодарим компании AMD (за предоставление тестового набора Athlon 64 X2 4800+), MSI (за материнскую плату MSI K8N SLI) и сеть магазинов "Неоторг" (за видеокарту MSI GeForce 7800GT).

версия для печати другие статьи автора оставить комментарий (0)
ТАКЖЕ В РАЗДЕЛЕ 24 февраля 2009 года Не отрываясь  24 февраля 2009 года Жилец вершин  10 февраля 2009 года Гаджеты, которых нет  10 февраля 2009 года Схватка  10 февраля 2009 года Мобильный телефон 2015 года  10 февраля 2009 года Список задач		MARKETGID Загрузка...

Аэроплан на солнечных батареях начал первый круглосуточный полёт «Яндекс» вытесняет конкурентов с поискового рынка Сети LTE в России могут быть запущены хоть сейчас Мантии Земли и Луны, скорее всего, имеют одно строение Влюблённость сродни наркотической зависимости