Arquitectura de 64 Bits

8/19/2019 Arquitectura de 64 Bits

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Universidad de Cartagena

Arquitectura de 64 bits

Willian de la espriella avila

Martin Elías echavez meza

Humberto Caicedo blanco

Cartagena Colombia

! mar!"#6

$ntroducci%n





Los microprocesadores de 64 bits constituyen un modelo una ar(uitectura yel tamao de los datos o direcciones de memoria (ue ahora se compone de) bytes la tecnolo:a de 64 bits no es nueva en el sentido de su aplicaci7npr3ctica esta tecnolo:a est3 presente desde 1960 en supercomputadorastambi5n en servidores y estaciones de trabajo basadas en ar(uitectura RISC

implementados en los 90;s!

La introducci7n de esta tecnolo:a en computadores personales se hacedesde #00$ con ar(uitecturas x)6*64 y procesadores +o,e+C -.! "ltermino 64 bits puede re2erirse a la C+ al tamao de los buses o al tamaode las instrucciones pero realmente se habla de tecnolo:a de 64 aplicada aun e(uipo de c7mputo si el e(uipo cumple con estos tres par3metros<

= La C+ internamente debe ser de 64 bits!

= Los buses deben tener un ancho de 64 bits!

= Las instrucciones llean a tamaos de 64 bits!

&ecnología

Como se ha expuesto la tecnolo:a de 64 bits se ha extendido desde losaos 60>s hasta la actualidad es muy amplia y compleja las ar(uitecturas(ue incorporan tecnolo:a de 64 bits por lo (ue el estudio re(uiere unapro2unda conceptuali%aci7n en los t5rminos tanto de hard,are como deso2t,are involucrados iualmente en la microelectr7nica empleada por lo(ue se invita a los estudiantes a pro2undi%ar en esta tecnolo:a comen%andocon la literatura (ue se encuentra en l:nea y en los 2abricantes de estosproductos la siuiente es una condensaci7n de las principales

ar(uitecturas!

Arquitectura DEC Alpha: la orani%aci7n de sus reistros es de usoeneral con una ar(uitectura (ue se puede encuadrar como de reistro*reistro! "sto hace (ue la memoria de sus instrucciones operen sobre losreistros haciendo uso de la memoria R/? solo para instrucciones de caray almacenamiento! La ra%7n es (ue se intenta minimi%ar los accesos amemoria puesto (ue suponen el cuello de botella para los procesadoresactuales la lonitud de palabra de los reistros es de 64 bits ya sea desdeel +C &Contador de +rorama' pasando por los reistros de enteros punto8otante etc@ el primer procesador (ue hi%o ala de la tecnolo:a /lpha 2ueel #1064

Arquitectura IA-64: L:nea de procesadores Itanium e Itanium#!Representan el diseo de producto mas complejo del mundo con mas de1A00 millones de transistores! "sto permite obtener s7lidas capacidades devirtuali%aci7n mejorar la conabilidad y niveles de rendimiento lideres delmercado!

La arquitectura AMD64: "l conjunto de instrucciones del /?B )6x*64&renombrada posteriormente como /?B64' es una extensi7n directa de laar(uitectura del x)6 a una ar(uitectura de 64 bits motivado por el hecho de(ue los 4- de memoria (ue son direccionables directamente por una C+

de $# bits ya no es suciente para todas las aplicaciones! "l primerprocesador con soporte para este conjunto de instrucciones 2ue el Dpteronlan%ado en #00$! +osteriormente ha sido implementado en mEltiples



variantes del /thlon 64 y el +entium 4 de Intel en este ultimo caso bajo unaversi7n de Intel llamada "?64F!

'a arquitectura ()A*C< "s la primera ar(uitectura RISC abierta y como tallas especicaciones de diseo son pEblicas as: otros 2abricantes de

microprocesadores pueden desarrollar su propio diseo! na de las ideasinnovadoras de esta ar(uitectura es la ventana de reistros (ue permitehacer 23cilmente compiladores de alto rendimiento y una sinicativareducci7n de memoria en las instrucciones loadGrestore en relaci7n conotras ar(uitecturas RISC! Las ventajas se aprecian sobre todo en proramasrandes!

La C+ S+/RC esta compuesta de una unidad entera I &Inteer nit' (ueprocesa la ejecuci7n b3sica y una H+ &Hloatin*+oint nit' (ue ejecuta lasoperaciones y c3lculos reales! La I y la H+ pueden o no estar interadasen el mismo Chip!

/un(ue no es una parte 2ormal de la ar(uitectura las computadorasbasadas en sistema S+/RC de Sun ?icrosystem tienen una unidad demanejo de memoria &??' y una ran cache de direcciones virtuales &paralas instrucciones y los datos' (ue est3n dispuestos peri25ricamente sobre unbus de datos y direcciones de $# bits!

'a arquitectura )+WE*< "s usada en servidores I? pero sin embarohay muchos microprocesadores (ue son derivados o variantes de este (uese encuentra en ran variedad de e(uipos (ue van desde computadorespara autom7viles hasta consolas de videojueos su nombre proviene de+er2ormanceDptimi%ation Jith "nhanced RISCK!

La ar(uitectura +/*RISC< na caracter:stica interesante de +/*RISC es (ue lamayor:a de sus microprocesadores no tienen cache L#! "n su luar seimplementa un cache L1 mayor 2ormada por chips separados conectados almicroprocesador a trav5s de un bus &actualmente esta interada en elpropio chip'! Solo el modelo +/*A$00LC tiene cache L#! Dtra innovaci7n deesta ar(uitectura 2ue la adici7n de un repertorio de instrucci7n multimedia&SI?B' conocido como

,enta-as . /esventa-as respecto a 0" bits

,enta-as

• Se pueden usar m3s reistros!

• ?anejo de m3s cantidad de memoria R/?!

• La asinaci7n en memoria de archivos es menos Etil con

ar(uitecturas de $# bits especialmente con la introducci7n de tecnolo:a

de rabaci7n de BB relativamente econ7mica! n archivo de 4 - ya

no es inusual y tales archivos randes no pueden ser asinados

23cilmente con ar(uitecturas de $# bits! S7lo se puede asinar una



rei7n del archivo en el espacio de direcciones y para acceder al archivo

usando asinaci7n de memoria estas reiones deben ser locali%adas

dentro y 2uera del espacio de direcciones seEn sea necesario! "sta es

una cuesti7n clave ya (ue la asinaci7n de memoria es uno de los

m5todos m3s ecientes para transportar datos del disco a la memoriacuando es correctamente implementado por el SD!

/esventa-as

La principal desventaja de las ar(uitecturas de 64 bits es (ue con respecto

a las de $# bits los mismos datos ocupan lieramente m3s espacio en

memoria debido al crecimiento de los punteros y posiblemente otros tipos y

al relleno para alineamiento &dependiendo del tipo de prorama alunos

pueden multiplicar su tamao'! "sto incrementa los re(uisitos de memoria

de un proceso dado y puede tener implicaciones para el uso eciente de lacach5 del procesador! ?antener un modelo parcial de $# bits es una manera

de manejar esto y es en eneral ra%onablemente e2ectivo! Be hecho el

sistema operativo de altas prestaciones MGDS ha escoido este en2o(ue

actualmente re(uiriendo (ue el c7dio de prorama resida en varios

espacios de direcciones de $# bits mientras (ue los objetos de datos pueden

&opcionalmente' residir en reiones de 64 bits!

Error de *AM en algunos (1+1

/lunos sistemas operativos reservan porciones de espacio de direcciones

de procesos para uso del SD reduciendo el espacio total de direcciones

disponible para asinar memoria para proramas de usuario! +or ejemplo

las BLLs de Jindo,s N+ y los componentes de usuario del SD est3n

asinados en cada espacio de direcciones de proceso dejando s7lo entre #

y $!A. - &dependiendo de la conuraci7n' de espacio de direcciones

disponible incluso si la computadora tiene 4 - de R/?! "sta restricci7n

solo est3 presente en las versiones de Jindo,s de $# bits (ue no tiene

habilitado el +/"!

EnsambladorBurante aos los proramadores de +C utili%an ensamblador x)6 paraescribir c7dio de rendimiento cr:tico! Sin embaro las +C de $# bits est3nsiendo reempla%adas por otras de 64 bits y el c7dio de montajesubyacente ha cambiado! "ste documento es una introducci7n al conjuntode x64! Oo es necesario ninEn conocimiento previo de c7dio x)6 a pesarde (ue hace m3s 23cil la transici7n! 64 es un nombre en5rico para lasextensiones de 64 bits a Intel y la ar(uitectura del conjunto de instruccionesx)6 de $# bits de /?B &IS/'! /?B present7 la primera versi7n de x64 x)6*64 inicialmente llamada y m3s tarde rebauti%ado /?B64! Intel nombr7 suejecuci7n I/*$#e y lueo "?F64! Pay alunas pe(ueas incompatibilidades



entre las dos versiones pero la mayor:a del c7dio 2unciona bien en ambasversionesQ detalles se pueden encontrar en el ?anual Intel 64 e I/*$#/r(uitecturas del desarrollador de so2t,are y la /r(uitectura /?B64 FechBocs ! Llamamos a este sabor x64 intersecciones! Oinuno de los dos ha decon2undirse con la ar(uitectura Intel Itanium de 64 bits (ue se llama I/*

64! "ste papel blanco no cubrir3 los detalles de hard,are tales comocach5s predicci7n de saltos y otros temas avan%ados! arias re2erencias sedan al nal del art:culo para la lectura adicional en estas 3reas! "l montajese utili%a a menudo para las pie%as de rendimiento cr:tico de un proramaaun(ue es di2:cil de superar a un buen compilador de C para la mayor:ade los proramadores! Conocimiento de la asamblea es Etil para depurarc7dio * a veces un compilador hace el c7dio de montaje incorrecto yrecorrer el c7dio en un depurador ayuda a locali%ar lacausa! Dptimi%adores de c7dio a veces cometen errores! Dtro uso para elmontaje de inter2a% con una o jaci7n de c7dio para el (ue no tiene elc7dio 2uente! Besmontaje le permite cambiar G correir ejecutables

existentes! "l montaje es necesario si se (uiere saber c7mo su lenua de laopci7n 2unciona bajo el cap7 * por (u5 alunas cosas son lentos y otros sonr3pidos! Hinalmente el conocimiento c7dio de montaje es indispensable enel dian7stico de mal,are!

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