Как оперирует числами процессор

В модуль ALU (в последних процессорах их уже несколько) поступают все инструкции и данные, необходимые для целочисленных вычислений; как правило, это один из самых быстрых в плане тактовой частоты модулей процессора. Упрощенно процесс его работы можно представить следующим образом: поступили данные (две цифры - 3 и 4), поступила инструкция (операция умножения). На выходе получили результат - 12. Разрядность процессора (4-бит или 64-бит) не влияет на данную схему. Прежде чем данные попадут в ALU, они должны быть туда загружены из некоего источника: винчестера, RAM или внешней памяти; при этом процессор чаще всего получает их через кэш. Из кэш данные попадают непосредственно в процессор через посредника, роль которого выполняет набор совсем уж небольших блоков для хранения данных, работающих на очень большой скорости и называющихся регистрами.

Как раз оттуда ALU и получает данные, с которыми работает, и для ALU операция формулируется не как "3 * 4", а:

"содержимое регистра А” - (расшифрованный код операции) – “содержимое регистра В" - сохранить результат в один из регистров (может быть, даже в один из использовавшихся в операции)

откуда он потом, при необходимости, может быть взят для еще одной операции или же быть записан в оперативную память, освободив драгоценное место.

Когда мы говорим о разрядности процессора, то, практически, в первую очередь мы говорим как раз о разрядности этих регистров - могут ли они хранить 8, 16, 32, или 64-бит числа.

С дробными числами, с числами с плавающей точкой ситуация обстоит совершенно иным образом. Для их хранения и операций с ними требуется прежде всего больший объем - это очевидно, учитывая, сколько цифр приходится хранить для подобных чисел. Особенно, если требуется повышенная точность и, соответственно, увеличенное число знаков после запятой. Поскольку необходимость в работе с ними возникла не вчера, то никто здесь прихода 64-бит процессоров ждать и не собирался.

С числами с плавающей запятой работает отдельный набор инструкций х87, с ними оперируют отдельные вычислительные блоки, сведенные в модуль с общим названием "сопроцессор", а хранятся они и оперирует с ними процессор во внутреннем формате с 80-бит представлением. Ради чисел с плавающей запятой затевать переход на 64 разряда явно не требовалось. Тем более что это направление развивается совершенно автономным образом - SSE, 3DNow и так далее, так что переход х86 с 32-бит на 64 его затрагивает весьма слабо.

Существует, впрочем, и еще один аспект вопроса, а именно - доступ к памяти. Дело в том, что в базовом режиме, так называемом "flat addressing", те же самые регистры общего назначения используются для хранения адресов доступа к памяти. 32 бита дают нам 4.3 миллиарда возможных комбинаций, так что 32-бит процессор может, таким образом, осилить память емкостью 4.3 Гбайт. Адреса ячеек, имеющих номера более этого числа, он попросту не может хранить в своих регистрах.

Очевидно, что здесь польза от 64 бит проявляется наиболее заметно, поскольку объем адресуемого пространства сразу увеличивается до 18 терабайт. Но прямая адресация 4 Гбайт оперативной памяти в настоящее время требуется, в основном, лишь в серверах, хотя через несколько лет, очевидно, до таких объемов доберутся и PC.

В первую очередь выигрыш от перехода на 64-разрядные процессоры получают серверы баз данных, где серьезные базы давно уже переросли объем в 4 Гбайт, а возможность кэшировать их полностью в оперативной памяти слишком заманчива в плане производительности. Производители серверных решений не стали дожидаться перехода: за счет использования различных подходов, 32-бит Xeon позволяет адресовать более 4 Гбайт данных (до 64 Гбайт), хотя, конечно подобные полухакерские решения трудно назвать серьезной платформой под будущее, да и падение производительности при операциях с памятью при этом измеряется в десятках процентов. Впрочем, будущее от Intel - это Itanium, а не Xeon.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: