تب داغ پردازنده‌های 64بیتی

ثبات‌ها: مکان‌هایی از حافظه درون پردازنده هستند که هنگام انجام عملیات‌های ریاضی و منطقی به‌وسیله واحد حساب و منطق (ALU ¹) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

با فرض این‌که شما مقادیر عددی را در دو سوی حافظه اصلی داشته و همچنین نرم‌افزاری دارید که باید این مقادیر عددی را با هم جمع کرده و حاصل را در مکان سومی ذخیره کند، این عملیات با در نظر گرفتن جایی در فهرست ثبات‌ها برای مقدار عددی مکان حافظه اول، افزودن عدد مکان حافظه دوم به عدد موجود در ثبات و سپس ذخیره عدد به‌دست آمده از مجموع آن دو عدد در یک مکان حافظه سوم در میان ثبات‌ها، انجام می‌شود.

محدودیت‌هایی نیز برای این مقادیر در یک عملیات وجود دارد، اگرچه این نرم‌افزار توانایی ذخیره اعداد بزرگتر را در مکان‌های متعدد حافظه دارد و می‌تواند با انجام عملیات‌های متعدد در بیش از یک ثبات کار کند، اما محدودیت‌هایی نیز برای این مقادیر در یک عملیات وجود دارد، ضمن این‌که مساله تعدد ثبات‌ها، روند انجام کارها را کند می‌کند.

گذرگاه داده: یک خط ارتباطی الکترونیکی است که برای انتقال داده بین پردازنده و حافظه به‌کار می‌رود و وسعت پهنای آن به اندازه تعداد اتصالات موازی آن است.

گذرگاه آدرس: عبارت است از خطوط سیگنال‌های الکترونیکی، که پردازنده برای تعیین مکان حافظه‌ای که عدد باید از آنجا بازخوانی یا بازنویسی شود، به‌کار می‌برد.

پهنای گذرگاه آدرس، میزان دسترسی پردازنده به حافظه را تعیین می‌کند. پهنای داخلی یا منطقی این نشانی با پهنای خارجی یا فیزیکی آن می‌تواند متفاوت باشد. نشانی‌های مسیر 8، 16 و 32بیتی اجازه می‌دهند که 256بایت، 64کیلوبایت و 4گیگابایتی آدرس‌دهی شوند. این مقدار حافظه، متناسب با پهنای گذرگاه آدرس، افزایش می‌یابد. در حقیقت با هر بیت اضافی 2برابر می‌شود.

در دنیای محاسبات رایانه‌ای، افزایش بیت‌ها در پردازنده‌ها، رویدادی عادی و روزمره نیست. حرکت به‌سمت 64بیتی شدن اولین نمونه نادر از چنین تغییراتی بود که از زمان جایگزینی پردازنده‌های 32بیتی به‌جای 16بیتی در سال 1985 به‌وقوع پیوست.

در فرآیند تحول پردازنده‌های 4بیتی به 8، 16 و 32بیتی، رقم بیت در هر مورد، نشانگر مقدار پهنای ثبات‌های پردازنده بود. از آنجایی که بارگذاری مقادیری از حافظه به ثبات‌ها و ذخیره مجدد آن درون حافظه، 2عملیات کاری معمول ریزپرازنده‌ها هستند، معقول خواهد بود که فرض کنیم گذرگاه داده نیز پهنای مشابهی دارد. اما این امر در تمام موارد صدق نمی‌کند.

طراحان پردازنده‌ها در این فرایند تحول، تعداد پین‌های پردازنده‌ها را کاهش دادند تا طراحان رایانه قادر باشند سخت‌افزارهای ساده‌تری را در ساخت مادربوردها به کار ببرند. که البته این تغییر تاثیرات منفی را نیز به‌همراه داشت. چرا که هربار که پردازنده دستورالعملی را برای دسترسی به‌مقدار عددی 16بیت صادر می‌کرد، در پشت پرده دو انتقال داده 8بیتی صورت می‌گرفت و این امر تاثیری منفی روی برنامه‌های کابردی وابسته به حافظه می‌گذاشت. این موضوع در مورد پردازنده‌های 32بیتی نیز مصداق داشت، از جمله پردازنده‌های DX و مدل SX که به‌ترتیب گذرگاه داده داده خارجی 32 و16بیتی داشتند. در پردازنده 80486 گذرگاه داده 32بیتی، پهنایی مشابه فهرست ثبت آن داشت، اما در مورد پنتیوم، مسیر داده تا 2برابر اندازه ثبات‌هایش یعنی 64بیت رشد کرد. (البته با برآیند کاهش در پهنای باند حافظه.)

بر خلاف مسیر داده، هیچ دلیلی مبنی‌ بر وجود ارتباطی معین بین پهنای فهرست ثبت و پهنای نشانی مسیر در دست نیست، مگر به‌منظور ساده‌سازی ساختار پردازنده.

با ظهور هر نسل جدید از پردازنده‌ها، نشانی مسیر پهن‌تر می‌شد تا دسترسی به مقادیر بیشتری از حافظه را برای تراشه امکان‌پذیر سازد، اما همواره بین پهنای فهرست‌های ثبت، اختلاف اندازه‌ای وجود داشت.

برای مثال یک پردازنده 4بیتی با 4بیت گذرگاه آدرس، تنها می‌تواند به 16بایت حافظه دسترسی داشته باشد و یک گذرگاه آدرس 8بیتی، می‌تواند اجازه آدرس‌دهی 256بایت را به آن بدهد که حتی بر اساس استانداردهای سال 1980 نیز بسیار ناچیز است. به‌همین دلیل بیشتر پردازنده‌های 8 بیتی، نشانی مسیر 16بیتی دارند و این یعنی اینکه می‌توانند به 64کیلوبایت حافظه دسترسی داشته باشند. پردازنده‌های 16بیتی مانند 8088 و 80286 به‌ ترتیب نشانی‌های مسیر 20 و 24بیتی داشتند بنابراین سطح دسترسی آنها به حافظه رم به ترتیب یک و 16‌مگابایت بود.

پهنای گذرگاه آدرس در نگارش‌های مختلف پردازنده‌های 32بیتی بتدریج بیشتر شد به‌طوریکه برای 80386SX، 24بیت و برای پنتیوم4ها 36بیت بود که توانایی دسترسی به 64گیگابایت رم را به آن‌ها بخشید. پردازنده‌های 32بیتی دارای مسیر 36بیتی به‌خاطر اینکه پهنای گذرگاهی 32بیتی داشتند با مشکلاتی مواجه شدند. بنابراین استفاده کامل از 64گیگابایت حافظه قابل آدرس‌دهی مستلزم معرفی گزینه‌ای به‌نام ادامه آدرس صفحه (PAE ²) بود و البته نیازمند یک نرم‌افزار که کاربرد آن‌را عملی سازد.

بدون این‌ها پردازنده‌های 32بیتی فقط از توانایی آدرس‌دهی حافظه 4گیگابایت برخوردار بودند و این محدودیت، معضلی بود که بیشتر کاربران رایانه آن‌را کم‌وبیش تجربه کرده و به‌یاد دارند.

پردازنده‌های 64بیتی علاوه‌ بر آنکه جایگاه خود را در سطوح متوسط در صنعت رایانه یافته‌اند، از زمان ظهور دستگاه بازی Nintendo 64 در سال 1996، راه خود را به درون سیستم‌های مستقل بازی نیز باز کرده‌اند.

این دستگاه، پردازنده MIPS VR4300i را در درون خود داشت که از پردازنده‌های 64بیتی، IRCS نیرو بخش سرورها و ورک‌استیشن‌ها تشکیل شده بود. این دستگاه به‌وسیله متخصص حرفه‌ای محاسبات رایانه‌ای، شرکت سیلیکون گرافیک ساخته شد.

امروزه این ساختار 64بیتی در پردازنده‌های Cell که در ساخت Playstation3 کاربرد دارند، به‌کار می‌رود. این تراشه دربردارنده یک تک‌هسته 64بیتی به‌اضافه 8هسته تخصصی است که به‌عنوان دستیار پردازنده، به وظایف مربوط به‌محتوای رسانه عمل می‌کنند و عناصر پردازش سینرژیک (SEP ³) نامیده می‌شوند.

این عناصر موانع و حصارهای 64بیتی را شکسته‌اند و از نظر داشتن خاصیت SIMD 128بیتی، درست مانند دستورات الحاقی SSE3 (که درپردازنده‌های رده متوسط AMD و اینتل یافت می‌شوند)، عمل می‌کنند. دستگاه Xbox 360 مایکروسافت نیز دارای قابلیت محاسبه رایانه‌ای 64بیتی است. این دستگاه شامل یک پردازنده 3هسته‌ای 64بیتی بر اساس معماری قدرت است. از بین کنسول‌های بازی متداول امروزی، تنها دستگاهی که با برخورداری از پردازنده‌های برادوی (Broadway) بر اساس پاور پی‌سی، به فناوری32بیتی وفادار مانده، دستگاه Nintendo Wii است.