X86 и x64 в чем разница процессоров
Разница между x86 и x64
Содержание:
x86 против x64
Что такое x86?
x86 это архитектура набора команд, представленная Intel со знаменитым процессором 8086. В 1978 году Intel представила процессор 8086, который был 16-разрядным. Позже они представили различные процессоры, такие как 80186, 80286, 80386 и 80486, и все они были обратно совместимы с исходным набором команд, используемым в процессоре 8086. Поскольку все эти процессоры имеют номер 86, архитектура набора команд была обозначена именем x86. С появлением 80386 инструкция x86 была расширена до 32-битной системы. Здесь 32 бита означает, что все регистры, шина памяти и шина данных 32-битные. Затем появились процессоры Pentium как Pentium I, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, и все они также следовали 32-битной архитектуре. Но с архитектурой x86 произошли различные другие расширения, такие как добавление таких инструкций, как MMX, SSE и SSE2. Кроме того, было сделано много других улучшений. Затем набор инструкций x86 был расширен до 64-битного набора инструкций, и с этого момента он назывался x64, который мы собираемся обсудить в следующем разделе. В любом случае, в целом, x86 относится к 32-битной архитектуре, которая произошла от 16-битной архитектуры, которая появилась в процессоре 8086.
8086 процессор
Что такое x64?
64-битный процессор
В чем разница между x86 и x64?
• x86 был представлен примерно в 1978 году, а x64 появился совсем недавно, в 2000 году.
• x86 возник на основе известного процессора Intel 8086, и поэтому x86 была представлена Intel. Но x64, который появился как расширение x86, был представлен AMD.
• Таким образом, процессоры с архитектурой набора команд x86 имеют 32-разрядные регистры, 32-разрядную шину памяти и 32-разрядную шину данных. Но x64 имеет 64-битные регистры, 64-битную шину памяти и 64-битную шину данных.
• Значения, которые могут храниться в регистре в системе x64, больше, чем значения, которые могут храниться в регистре на основе x86. Следовательно, x64 может обрабатывать вычисление больших целых чисел намного быстрее, поскольку в этом случае нет необходимости использовать несколько регистров для разделения значения и хранения, как в x86.
• x64 может параллельно передавать данные большего размера по шине данных. То есть 64-битная шина данных может передавать 64 бита параллельно, в то время как архитектура x86 с 32-битной шиной может передавать только 32 бита.
Резюме:
x86 против x64
Изображения любезно предоставлены:
Десять имён для одной архитектуры
На пятничном семинаре учебного проекта лаборатории МФТИ-Интел один из студентов задал мне примерно такой вопрос: а почему 64-битный вариант архитектуры процессоров Intel называется x64, а 32-битный — x86? Я начал объяснять, что не всё так просто. Захотелось нарисовать более полную картину. Ведь на самом деле это не x64, и даже не x86.
386-ые, Пентиумы и Коры
На самом деле названий для этого феномена, около сорока лет присутствующего на сцене процессорных технологий, было придумано несколько. Даже больше, чем хотелось бы. Они появились из разных источников и используются в разных контекстах, разными компаниями и разными сообществами. Конечно же, это вносит некоторую неразбериху.
Я постарался здесь собрать все известные мне названия. Не хочу пытаться доказать, что одна группа имён лучше другой, — меньше использовать их не станут.
8086 и семейство
В 1978 году был выпущен 16-битный процессор Intel, который имел «имя» 8086. За ним были 8088, 80186, 80286, 80386 (плюс вариации), 80486 (плюс вариации). Легко заметить, что (почти) все эти числовые имена оканчиваются на две цифры 86, что дало название всей серии x86. Оно укрепилось, его продолжили использовать и после того, как процессорам перестали давать цифровые имена, а появились Intel Pentium, Celeron, Xeon, Core, Atom и т.д. Совместимые продукты других вендоров, таких как IBM, AMD, Cyrix, VIA и т.д., также описываются как x86.
По моим наблюдениям, x86 — самый популярный вариант для имени этой архитектуры в Интернете, статьях и прочей литературе, особенно, когда не стоит задачи точно специфицировать разрядность архитектуры или речь явным образом идёт о 32-битном варианте.
Используются также вариации этого названия для 32-битных вариантов, позволяющие более точно указать минимальный набор поддерживаемых инструкций: i386, i486, i586, i686, — например, для различения вариантов сборок бинарных пакетов дистрибутивов Linux.
Пришествие 64 бит
Своими стараниями Intel расширила машинное слово в описанной ранее серии процессоров с 16 до 32 бит. Достигнуть этой архитектуре 64 бит помогла компания AMD, в 2003 году представившая процессор, поддерживающий новые инструкции и регистры и реализующий AMD64.
Для того, чтобы явно указать повышенную битность процессора/кода/пакета, имя x86 стало получать новый суффикс «64». Вот только через какой знак его приписывать не договорились, и иногда видишь x86_64, а порой x86-64. Например, вывод команды uname в Linux использует подчерк. Наконец, у пакетов можно увидеть и суффикс amd64 строчными буквами.
Intel же обозначала это расширение архитектуры сперва IA-32e, затем EM64T. В настоящее время можно встретить оба варианта в различных именах пакетов, документации и прочем. Тем не менее, есть и третье введённое Intel название…
Как это называет Intel
В официальной документации 32-битная архитектура имеет имя IA-32; её 64-битный вариант получил довольно странное с моей точки зрения имя Intel 64. Почему странное — оно создаёт потенциал для путаницы, как мы увидим ближе к концу статьи.
Компании-поставщики софта
Всё вместе
Ложные имена
Как известно, за свою сорокалетнюю историю Intel выпускала (и выпускает сейчас) не только процессоры IA-32. Были и до сих пор присутствуют продукты других архитектур. Они тоже имеют свои имена, иногда несколько созвучные. При этом происходит путаница, от которой хотелось бы предостеречь.
Intel IA-64. Является полным синонимом термина «Intel Itanium». Используется для обозначения 64-битной архитектуры, несовместимой ни с IA-32, ни с 64-битным её вариантом ни по набору команд, ни по принципам работы. Да, существуют аппаратные и программные прослойки для запуска IA-32 приложений на Итаниуме, но это — тема для отдельного и интересного рассказа. Кстати, и для Itanium есть ещё одно обозначение — IPF, используемое изредка как суффикс.
К сожалению, линейки таких семейств процессоров Intel, как i432, i860, i960 или не дожили до наших дней, или же имеют крайне узкую нишу применения. А то глядишь — пришлось бы для каждого из них запоминать ещё по десятку имён.
ARM против x86: В чем разница между двумя архитектурами процессоров?
Вы наверняка знаете, что мир процессоров разбит на два лагеря. Если вы смотрите это видео со смартфона, то для вас работает процессор на архитектуре ARM, а если с ноутбука, для вас трудится чип на архитектуре x86.
А теперь еще и Apple объявила, что переводит свои Mac на собственные процессоры Apple Silicon на архитектуре ARM. Мы уже рассказывали, почему так происходит. А сегодня давайте подробно разберемся, в чем принципиальные отличия x86 и ARM. И зачем Apple в это все вписалась?
Итак, большинство мобильных устройств, iPhone и Android’ы работают на ARM’е. Qualcomm, HUAWEI Kirin, Samsung Exynos и Apple A13/A14 Bionic — это все ARM-процессоры.
А вот на компьютере не так — там доминирует x86 под крылом Intel и AMD. Именно поэтому на телефоне мы не можем запустить Word с компьютера.
x86 — так называется по последним цифрам семейства классических процессоров Intel 70-80х годов.
Чем же они отличаются?
Есть два ключевых отличия.
Первое — это набор инструкций, то есть язык который понимает процессор
Второе отличие — это микроархитектура. Что это такое?
От того на каком языке говорят процессоры, зависит и то, как они проектируются. Потому как для выполнения каждой инструкции на процессоре нужно расположить свой логический блок. Соответственно, разные инструкции — разный дизайн процессора. А дизайн — это и есть микроархитектура.
Но как так произошло, что процессоры стали говорить на разных языках?
История CISC
Памятка программиста, 1960-е годы. Цифровой (машинный) код «Минск-22».
Всё началось в 1960-х. Поначалу программисты работали с машинным кодом, то есть реально писали нолики и единички. Это быстро всех достало и появился Assembler. Низкоуровневый язык программирования, который позволял писать простые команды типа сложить, скопировать и прочее. Но программировать на Assembler’е тоже было несладко. Потому как приходилось буквально “за ручку” поэтапно описывать процессору каждое его действие.
Поэтому, если бы вы ужинали с процессором, и попросили передать его вам соль, это выглядело бы так:
Этот подход стал настоящим спасением как для разработчиков, так и для бизнеса. Захотел клиент новую инструкцию — не проблема, были бы деньги — мы сделаем. А деньги у клиентов были.
Недостатки CISC
Но был ли такой подход оптимальным. С точки зрения разработчиков — да. Но вот микроархитектура страдала.
Представьте, вы купили квартиру и теперь вам нужно обставить её мебелью. Площади мало, каждый квадратный метр на счету. И вот представьте, если бы CISC-процессор обставил мебелью вам гостиную, он бы с одной стороны позаботился о комфорте каждого потенциального гостя и выделил бы для него своё персональное место.
С другой стороны, он бы не щадил бюджет. Диван для одного человека, пуф для другого, кушетка для третьего, трон из Игры Престолов для вашей Дейенерис. В этом случае площадь комнаты бы очень быстро закончилась. Чтобы разместить всех вам бы пришлось увеличивать бюджет и расширять зал. Это не рационально. Но самое главное, CISC-архитектура существует очень давно и те инструкции, которые были написаны в 60-х годах сейчас уже вообще не актуальны. Поэтому часть мебели, а точнее исполнительных блоков, просто не будут использоваться. Но многие из них там остаются. Поэтому появился RISC…
Преимущества RISC
С одной стороны писать на Assembler’е под RISC процессоры не очень-то удобно. Если в лоб сравнивать код, написанный под CISC и RISC процессоры, очевидно преимущество первого.
Так выглядит код одной и той же операции для x86 и ARM.
Представьте, что вы проектируете процессор. Расположение блоков на х86 выглядело бы так.
Каждый цветной квадрат — это отдельные команды. Их много и они разные. Как вы поняли, здесь мы уже говорим про микроархитектуру, которая вытекает из набора команд. А вот ARM-процессор скорее выглядит так.
Ему не нужны блоки, созданные для функций, написанных 50 лет назад.
По сути, тут блоки только для самых востребованных команд. Зато таких блоков много. А это значит, что можно одновременно выполнять больше базовых команд. А раритетные не занимают место.
Еще один бонус сокращенного набора RISC: меньше места на чипе занимает блок по декодированию команд. Да, для этого тоже нужно место. Архитектура RISC проще и удобнее, загибайте пальцы:
Поэтому наши смартфоны, которые работают на ARM процессорах с архитектурой RISC, долго живут, не требуют активного охлаждения и такие быстрые.
Лицензирование
Но это все отличия технические. Есть отличия и организационные. Вы не задумывались почему для смартфонов так много производителей процессоров, а в мире ПК на x86 только AMD и Intel? Все просто — ARM это компания которая занимается лицензированием, а не производством.
Даже Apple приложила руку к развитию ARM. Вместе с Acorn Computers и VLSI Technology. Apple присоединился к альянсу из-за их грядущего устройства — Newton. Устройства, главной функцией которого было распознавание текста.
Даже вы можете начать производить свои процессоры, купив лицензию. А вот производить процессоры на x86 не может никто кроме синей и красной компании. А это значит что? Правильно, меньше конкуренции, медленнее развитие. Как же так произошло?
Ну окей. Допустим ARM прекрасно справляется со смартфонами и планшетами, но как насчет компьютеров и серверов, где вся поляна исторически поделена? И зачем Apple вообще ломанулась туда со своим Apple Silicon.
Что сейчас?
Допустим мы решили, что архитектура ARM более эффективная и универсальная. Что теперь? x86 похоронен?
На самом деле, в Intel и AMD не дураки сидят. И сейчас под капотом современные CISC-процессоры очень похожи на RISC. Постепенно разработчики CISC-процессоров все-таки пришли к этому и начали делать гибридные процессоры, но старый хвост так просто нельзя сбросить.
Но уже достаточно давно процессоры Intel и AMD разбивают входные инструкции на более мелкие микро инструкции (micro-ops), которые в дальнейшем — сейчас вы удивитесь — исполняются RISC ядром.
Да-да, ребята! Те самые 4-8 ядер в вашем ПК — это тоже RISC-ядра!
Надеюсь, тут вы окончательно запутались. Но суть в том, что разница между RISC и CISC-дизайнами уже сейчас минимальна.
А что остается важным — так это микроархитектура. То есть то, насколько эффективно все организовано на самом камне.
Ну вы уже наверное знаете, что Современные iPad практически не уступают 15-дюймовым MacBook Pro с процессорами Core i7 и Core i9.
А что с компьютерами?
Недавно компания Ampere представила свой 80-ядерный ARM процессор. По заявлению производителя в тестах процессор Ampere показывает результат на 4% лучше, чем самый быстрый процессор EPYC от AMD и потребляет на 14% меньше энергии.
Компания Ampere лезет в сегменты Cloud и Workstation, и показывает там отличные цифры. Самый быстрый суперкомпьютер в мире сегодня работает на ARM ISA. С обратной стороны, Intel пытается все таки влезть в сегмент low power и для этого выпускает новый интересный процессор на микроархитектуре lakefield.
И Apple та компания, которая способна мотивировать достаточное количество разработчиков пилить под свой ARM. Но суть этого перехода скорее не в противостоянии CISC и RISC. Поскольку оба подхода сближаются, акцент смещается на микроархитектуру, которую делает Apple для своих мобильных устройств. И судя по всему микроархитектура у них крута. И они хотели бы ее использовать в своих компьютерах.
И если бы Intel лицензировал x86 за деньги другим людям, то вероятно Apple просто адаптировали свою текущую микроархитектуру под x86. Но так как они не могут этого сделать, они решили просто перейти на ARM. Проблема для нас с микроархитектурой в том, что она коммерческая тайна. И мы про нее ничего не знаем.
Итоги
Спрос на ARM в итоге вырастет. Для индустрии это не просто важный шаг, а архиважный. Линус Торвальдс говорил, что пока рабочие станции не станут работать на ARM — на рынке серверов будут использовать x86.
И вот это случилось — в перспективе это миллионы долларов, вложенных в серверные решения. Что, конечно, хорошо и для потребителей. Нас ждет светлое будущее и Apple, действительно, совершила революцию!
Редактор материала: Антон Евстратенко. Этот материал помогли подготовить наши зрители Никита Куликов и Григорий Чирков. Спасибо ребята!
64-битные x86 процессоры
Что нужно для работы 64-битных x86 приложений на моём ПК?
1)64-битный x86 процессор. На момент написания FAQ это были процессоры AMD с поддержкой технологии AMD64 и Intel c EM64T, соответственно. Конкретно речь идёт о AMD Opteron/Athlon64/Turion 64(мобильный аналог Athlon64)/Sempron 64/Phenom64. У Intel поддержка EM64T присутствует у процессоров Celeron D 3X1/3X6, Pentium4 5X1/5X6/6XX, Pentium D, Pentium XE (не Pentium4 XE!), всех Xeon DP с 800МГц с шиной и XeonMP c 667МГц шиной, а также у большинства будущих процессоров Intel за исключением Pentium M и Сeleron M.
Также надо убедиться, что процессор корректно опознаётся BIOS’ом материнской платы (это означает, что в него загружен необходимый микрокод, несоблюдение этого условия может привести к серьёзным проблемам в работе компьютера). В некоторых ситуациях может потребоваться обновление BIOS материнской платы. В первую очередь это касается процессоров Intel, поскольку не все LGA775-материнские платы изначально поддерживали такие процессоры.
2)Операционная система.
На момент написания FAQ доступны следующие ОС:
Microsoft Windows XP Professional x64 Edition, Microsoft Windows 2003 Server x64 Editions (Standart/Enterprise/Datacenter), Windows Server 2008, также на платформу AMD64 перенесены Sun Solaris и различные варианты Linux и FreeBSD,(детальное рассмотрение особенностей unix-подобных ОС выходит за рамки данного FAQ), Windows Vista также имеет x64 версии всех редакций кроме начальных.
3)Драйверы. Все драйверы, работающие в ядре системы должны быть 64-битными, обратной совместимости не предусмотрено. Для наиболее распространённых комплектующих (видеокарты nVidia GeForce и ATi Radeon, чипсеты и дисковые контроллеры Intel, VIA, nVidia) такие драйверы уже написаны.
Сравнительная таблица ограничений по максимальному объёму используемой оперативной памяти и числу процессоров для 32 и 64-битных версий операционных систем от Microsoft: