В компьютерном словаре слово «бит» является одним из самых популярных. Поколения игровых приставок и их пиксельные стили определяются битами (например, 8-битными и 16-битными), а некоторые программы могут предложить как 32- битные, так и 64-битные версии.
Несмотря на то, что первые 64-битные процессоры были представлены в 90-х годах и стали широко распространены в 2000-х, мы все еще не имеем чипов с поддержкой 128 бит. Несмотря на то, что 128 кажется естественным шагом после 64, но это не так.
Что это, собственно, такое - бит?
Начнем с определения бита. Для того чтобы понять, почему не существует 128-битных процессоров, необходимо рассмотреть его сущность. Исходя из содержания, это единица информации в вычислениях, которая представляет собой или "0", или "1". Полученное из слов «двоичный» и «цифра», является наиболее маленькой единицей в вычислениях и начальной точкой всего программирования. В действительности, бит может быть определен только в двух значениях: как 1 или 0 (что означает двоичный), но эти числа могут интерпретироваться, как истинное или ложное, включенное или выключенное, а также как знак плюс или минус.
В случае использования архитектуры центрального процессора разрядность будет относиться к адресов адресов памяти, которые могут быть обработаны ЦП. К примеру 64-битный процессор имеет возможность адресовать до 16 ГБ памяти, что значительно превышает возможности даже самых больших суперкомпьютеров.
В связи с этим, один бит не является достаточно эффективным, но при объединении нескольких битов мы можем представить более сложные данные, такие как символы, цифры или другие знаки. Как пример можно привести, что в 4-битных вычислениях наибольшее целое число, которое вы можете представить, равно 15 (от 0 до 15) и рассчитывается оно по формуле 2^x - 1, где x — это количество битов.
В качестве определения максимального целого числа, к которому может обратиться процессор с N-битными данными, используется довольно простая формула 2^x. С помощью 4-битных вычислений можно вычислить наибольшее количество целых чисел, которые вы можете получить. Это число составляет 15, что на единицу меньше, чем 16, которые дает вам формула, но программисты начинают считать с 0, а не с 1.
Если 4-битный формат имеет возможность хранить только 16 различных целых чисел, то это может показаться не таким уж и важным шагом на пути перехода на 32- или 128-битный вариант. Имея дело здесь с экспонентными числами, мы можем сказать, что все начинается потихоньку, но затем развивается очень быстро. Для того, чтобы показать это, вам следует взглянуть на небольшую табличку ниже, где представлены самые большие целые числа, которые вы можете вычислить в двоичном формате от 1 до 128 бит.
| Разрядность процессора | Макс. числа в двоичном формате |
| 1 бит | 1 |
| 2 бит | 3 |
| 4 бит | 15 |
| 8 бит | 255 |
| 16 бит | 65 535 |
| 32 бит | 4 294 967 295 |
| 64 бит | 18 446 744 073 709 551 615 |
| 128 бит | 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 455 |
Возможно, теперь вы понимаете причину того, почему удвоение количества битов приводит к возможности обработки чисел, размер которых не только увеличивается в два раза, но и становится намного больше. Тем не менее, несмотря на то, что 128-битные вычисления дали бы нам возможность оперировать гораздо более обширными числами, чем 64-битные, мы все еще не пользуемся ими.
По поводу того, почему важна эта целочисленная длина, следует отметить, что имеет значение не столько сама длина, сколько адресное пространство. По этой причине 32-битные устройства могут использовать только около 4 ГБ памяти, в то время как 64-битная система имеет практически безграничную память.
Как нам удалось перейти от 1-битной версии процессоров к 64-битной
Не вызывает сомнений то, почему процессоры перешли от 1-битного к большему числу битов: и мы хотели, чтобы наши компьютеры решали более сложные задачи. При наличии двух или четырех бит мало, что можно сделать, но при 8-битной кодировке игровые автоматы, консоли и домашние компьютеры стали всем доступны. Процессоры с течением времени стали менее затратными в производстве и физически менее производительными, что позволило увеличить количество бит, которые мог обработать ЦП.
Наиболее очевидной, с точки зрения эволюции битов, становится их эволюционная природа при сравнении 16-битных игровых приставок, таких как SNES и Sega Genesis, с их 8-битными предшественниками, в основном с консолью NES. Первое место в рейтинге сложности игр для NES занимала игра "Super Mario Bros 3", которая была одной из самых сложных с точки зрения механики и графики. Однако ее почти полностью вытеснила Super Mario World, вышедшая только через два года.
Это относится не только к видеоиграм. Все значительно улучшилось с большим количеством битов. От 256 возможных значений в 8-битном величине до 65 536 в 16-битном это позволило повысить точность отслеживания времени, использовать большего количества цветов и обрабатывать файлы большего размера. При использовании персонального компьютера с 8-разрядным процессором Intel 8088 или создании сервера для организации, которая готова к подключению сети, большее количество битов значило более высокую производительность.
Индустрия быстро и легко переключилась от 16-битных к 32-битным, а затем и к 64-битным вычислениям, которые стали мейнстримом в конце 90-х и начале 2000-х годов. В Nintendo 64 были обнаружены некоторые из наиболее важных ранних 64-битных процессоров, а также компьютеры, построенные на базе архитектуры процессоров AMD Athlon 64 и Opteron. В области программного обеспечения, 64-битная версия операционной системы начала получать поддержку со стороны таких операционных систем, как Linux и Windows, в начале 2000-х годов. В то же время, не все попытки создания 64-битных вычислений были удачными. Серверные процессоры Intel Itanium потерпели неудачу и стали одним из худших продуктов компании за всю историю.
В настоящий момент 64-битные процессоры используются везде, где только можно: от смартфонов до компьютеров и серверов. Небольшие чипы с малым числом бит все еще производятся и могут быть полезны для некоторых приложений, которым не нужно много мощности. Но они довольно-таки нишевые. У нас до сих пор нет процессоров, поддерживающих 128 битную систему счисления. Хотя прошло уже почти 30 лет с тех пор, как на рынок вышли первые 64-битные чипы.
Куда можно применить 128-битные вычисления
Существует мнение, что 128-битная версия не имеет смысла, так как это сложно или нереально, но на самом деле это не так. Многие компоненты современных процессоров, такие как шины памяти и блоки SIMD, используют более огромные размеры для выполнения конкретных задач. Допустим, набор инструкций AVX-512 дает возможность обработки данных, имеющих размер 512 бит. Инструкции SIMD (одна инструкция - это несколько данных) преобразовались из 32-битных в 64-битные, 128-битные и 256-битные с помощью последовательной обработки, демонстрируя значительные достижения в использовании параллельной обработки.
С помощью 64-битного процессора можно обрабатывать более 18 квинтиллионов уникальных чисел, начиная с 0 до 18 446 744 073 709 551 615. И наоборот 128-битный процессор имеет возможность обработки более, чем 340 млн. чисел, и я гарантирую вам, что вы никогда в жизни не видели «ундециллион». Определить применение для вычисления чисел с таким количеством нулей довольно трудно, даже если вы используете один из битов для подписания целых чисел, которые имеют различные значения от положительных до отрицательных 170 ундециллионов.
Наиболее распространенными вариантами использования 128-битных целых чисел являются адреса IPv6 и идентификаторы, которые используются для создания уникальных идентификаторов пользователей (Minecraft - широко использует UUID) и файловые системы, такие как ZFS. В том и дело, что для решения этих задач не требуются 64-битные процессоры, которые вполне могут существовать на 64-битном оборудовании. В конце концов, основная причина отсутствия у нас процессоров с 128-битной архитектурой заключается в том, что нет спроса на аппаратно-программную инфраструктуру, которая поддерживает 128-битные технологии. Индустрия, конечно же, могла бы это осуществить, если бы имела желание, но этого не происходит.
128-битная версия уже виднеется на горизонте: готовы ли мы к новым возможностям
На сегодняшний день, 128-битные процессоры не пользуются популярностью. И несмотря на то, что ни одна из компаний не планирует в ближайшее время выпускать их, я бы не стал утверждать, что они никогда не будут использоваться. Принятая спецификация RISC-V ISA оставляет возможность разработки новой архитектуры на основе 128 бит, но не дает подробного описания того, какой она будет выглядеть у них на самом деле. По всей видимости, это произошло из-за отсутствия острой необходимости в ее разработке.
В действительности, существует около трехсот сорока ундециллионов возможных чисел, которые можно создать с помощью 128 бит. Однако это далеко не столько, сколько количество атомов в космосе, которое считается самым большим числом, имеющим какое-либо реальное значение. Если вы решите создать большую часть Вселенной, вплоть до атомного уровня, то вам может быть полезен процессор с 128-битной архитектурой. Неизвестно, для каких целей будет использоваться процессор с поддержкой 128 битных данных, но еще несколько лет назад мы задавались вопросом о том, зачем может потребоваться один терабайт памяти.
https://techtab.ru/blog/128-bitnye-proczessory-zachem-oni-nuzhny-i-pochemu-ih-net/?feed_id=87&_unique_id=6690d4c258fe5
Отправить комментарий
0Комментарии