Эволюция архитектуры процессоров: от 16 разрядов — к 64

Эволюция архитектуры процессоров: от 16 разрядов — к 64Первым из основных изменений стал переход от 16-разрядной внутренней архитектуры процессора 286 и более ранних версий к 32-разрядной внутренней архитектуре 386-го и последующих процессоров, относящихся к категории IA-32 (32-разрядная архитектура Intel).

Эта архитектура была представлена в 1985 году, однако потребовалось еще десять лет, чтобы на рынке появились такие операционные системы, как Windows 95 (частично 32-разрядные) и Windows NT (требующие использования исключительно 32-разрядных драйверов). И только еще через шесть лет появилась операционная система Windows ХР, которая была 32-разрядной как на уровне драйверов, так и на уровне всех компонентов. Итак, на адаптацию 32-разрядных вычислений потребовалось шестнадцать лет. Для компьютерной индустрии это довольно длительный срок.
Теперь наблюдается очередной скачок в развитии архитектуры ПК — компании Intel, AMD и Microsoft начали переход от 32-разрядных вычислений к 64-разрядным. В 2001 году был выпущен процессор Itanium, поддерживающий архитектуру IA-64. Однако данная архитектура была абсолютно несовместима с существовавшей 32-разрядной. Архитектура IA-64 была анонсирована в 1994 году в рамках проекта по разработке компаниями Intel и HP нового процессора с кодовым названием Merced; первые технические детали были опубликованы в октябре 1997 года.
К сожалению, IA-64 не являлась расширением архитектуры IA-32, а была совершенно новой архитектурой. Это хорошо для рынка серверов (собственно, для этого IA-64 и разрабатывалась), однако совершенно неприемлемо для мира ПК, который всегда требовал обратной совместимости. Хотя архитектура IA-64 и поддерживает эмуляцию IA-32, при этом обеспечивается очень низкая производительность.
Компания AMD пошла по другому пути и разработала 64-разрядные расширения для архитектуры IA-32. В результате появилась архитектура AMD64 (которая также называется х86-64).
Через некоторое время Intel представила собственный набор 64-разрядных расширений, который назвала ЕМ64Т (1А-32е). Расширения Intel практически идентичны расширениям AMD, что означает их совместимость на программном уровне. В результате впервые в истории сложилась ситуация, когда Intel следовала за AMD в разработке архитектуры ПК, а не наоборот.
Для того чтобы 64-разрядные вычисления стали реальностью, необходимы 64-разрядные операционные системы и драйверы. В апреле 2005 года компания Microsoft начала распространять пробную версию Windows ХР Professional х64 Edition, поддерживающую дополнительные инструкции AMD64 и ЕМ64Т. Однако 64-разрядные вычисления получили распространение только в 2007 году после выхода Windows Vista х64. На первых порах серьезной проблемой было отсутствие 64-разрядных драйверов, однако к моменту выхода Windows 7 х64 в 2009 году большинство производителей предлагали 32- и 64-разрядные версии драйверов практически для всех своих новых устройств. Выпускаются и 64-разрядные версии Linux, благодаря чему каких-либо серьезных препятствий для перехода к 64-разрядным вычислениям нет.
Еще одним важным достижением можно считать выпуск компаниями Intel и AMD двух и четырехъядерных процессоров. Они содержат два или четыре полноценных ядра на одной подложке; в результате один процессор теоретически может выполнять работу двух или четырех процессоров. Хотя многоядерные процессоры не обеспечивают значительного увеличения быстродействия в играх (которые в основном предполагают выполнение данных в один поток), они просто незаменимы в многозадачной среде. Если вы когда-нибудь пытались одновременно выполнять проверку компьютера на наличие вирусов, работать с электронной почтой, а также запускать какие-то другие приложения, то наверняка знаете, что такая нагрузка может “поставить на колени” даже самый быстрый одноядерный процессор. Поскольку двухъядерные процессоры сейчас выпускаются обеими компаниями, Intel и AMD, шансы на то, что вам удастся выполнить работу гораздо быстрее благодаря многозадачности, значительно возрастают. Современные двухъядерные процессоры также поддерживают 64-разрядные расширения AMD64 или ЕМ64Т, что позволяет воспользоваться преимуществами как двухъядерности, так и 64-разрядных вычислений.
Персональные компьютеры прошли долгий путь развития. Первый используемый в ПК процессор 8088 содержал 29 тыс. транзисторов и работал с частотой 4,77 МГц. Процессор AMD Phenom II содержит больше 758 млн. транзисторов и работает на частоте 3,4 ГГц, процессор Intel Core i5/i7 работает с частотой до 3,33 ГГц и содержит до 774 млн. транзисторов.
Многоядерная архитектура и постоянно растущий объем кэш-памяти второго уровня приводят к постоянному росту количества транзисторов. Скоро эта отметка перевалит за один миллиард. Все это является практическим подтверждением закона Мура, в соответствии с которым быстродействие процессоров и количество содержащихся в них транзисторов удваивается каждые полтора-два года.