64 бита

64 бита (англ. 64-bit) в информатике и вычислительной технике используется для обозначения структур и типов данных, размер которых в памяти компьютеров составляет 64 бита, что равно 8 8-битовым байтам. Архитектуры компьютеров, которые широко используют регистры, адресные шины или шины данных, разрядности 64 бита, называются 64-битными архитектурами (или 64-разрядными архитектурами).

64-битные архитектуры используются в суперкомпьютерах с 1970-х годов (Cray-1, 1975), а в рабочих станциях и серверах с процессорами семейства RISC — с 1990-х годов. С 2003 года широко используются в персональных компьютерах (x86-64 и PowerPC-64), а с середины 2010-х годов и в мобильных устройствах — смартфонах и планшетах (ARMv8 AArch64).

64-битный регистр способен хранить в себе одно из 2⁶⁴ = 18 446 744 073 709 551 616 значений. Процессор с 64-битной адресацией памяти теоретически мог бы напрямую адресовать значительный объём оперативной памяти в 16 эксабайт (16 млн терабайт) памяти. Однако допустимые в реализациях физические и математические адреса часто ограничены значениями 48 бит (256 терабайтов), реже — 52 или 56 битов^[1]^[2]^[3]^[4].

История

64-битные процессоры

1961: IBM создаёт суперкомпьютер IBM 7030 Stretch, использующий 64-битные данные и 32- и 64-битные машинные коды.
1974: Control Data Corporation представляет векторный суперкомпьютер CDC STAR-100^[англ.], имеющий 64-разрядные инструкции (предыдущие системы CDC использовали 60 бит для хранения инструкций).
1976: Cray Research создаёт суперкомпьютер Cray-1, использующий 64-битные машинные коды.
1983: Elxsi выпустила параллельный минисуперкомпьютер Elxsi 6400, имеющий 64-битные регистры данных и 32-битную систему адресации.
1989: Intel выпустила RISC-процессор Intel i860. Хотя в рекламных материалах он назывался «64-битным микропроцессором», у него была 32-разрядная архитектура, дополненная блоком «3D Graphics Unit» с 64-битными операциями над целыми числами.^[5]
1991: MIPS выпустила первый 64-разрядный микропроцессор R4000 с системой команд MIPS III.^[6] Процессор использовался в графических станциях SGI, начиная с IRIS Crimson. В Kendall Square Research создают суперкомпьютер KSR1 на базе 64-разрядных процессоров. Использовалась операционная система OSF/1.
1992: Digital Equipment Corporation (DEC) начал выпуск 64-разрядных процессоров Alpha, развившихся из проекта PRISM.^[7]
1994: Intel объявляет о планах по созданию совместно с Hewlett-Packard 64-разрядной архитектуры IA-64 для замены IA-32 и PA-RISC. Датой выхода обозначен 1998—1999 года.
1995: Sun начинает выпуск 64-разрядных процессоров SPARC под брендом UltraSPARC. Новая архитектура получает название SPARC v9.^[8]. IBM выпускает процессоры PowerPC AS A10 и A30, являющиеся 64-разрядными процессорами архитектуры PowerPC AS.^[9] IBM выпускает новые версии серверов AS/400 с этими новыми 64-битными процессорами PowerPC AS.
1996: Nintendo представила игровую консоль Nintendo 64, построенную на базе дешёвой версии процессора MIPS R4000. HP выпускает 64-разрядную версию архитектуры PA-RISC, процессор PA-8000.^[10]
1997: IBM выпустила линейку RS64 64-разрядных процессоров PowerPC/PowerPC AS.
1998: IBM выпустила процессор POWER3, являющийся полностью 64-разрядным процессором архитектуры PowerPC/POWER.^[11]
1999: Intel публикует описание набора инструкций архитектуры IA-64. AMD раскрывает описание 64-разрядного расширения архитектуры IA-32, названного x86-64 (позже переименованного в AMD64).
2000: IBM выпустила первый 64-разрядный мейнфрейм с архитектурой z/Architecture: zSeries z900. z/Architecture является 64-разрядным развитием 32-разрядной архитектуры ESA/390, наследника архитектуры System/360.
2001: Intel начинает поставки процессоров IA-64 после нескольких задержек. Процессоры выпускаются под брендом Itanium и предназначаются для high-end серверов. Продажи не достигают прогнозируемых объёмов.
2003: AMD представила процессоры Opteron и Athlon 64 с архитектурой AMD64. Apple выпустила 64-разрядный компьютер «G5» с процессором PowerPC 970 (IBM). Intel заявила, что не собирается выпускать иных 64-разрядных процессоров, кроме Itanium.
2004: Реагируя на рыночный успех AMD64, Intel заявляет о разработке совместимого расширения IA-32e (позже переименованного в EM64T, а затем в Intel 64). Intel начинает поставку обновлённых Xeon и Pentium 4 с поддержкой новых 64-разрядных инструкций.; VIA Technologies объявила о разработке 64-разрядного процессора Isaiah.^[12]

2006: Альянс Sony, IBM и Toshiba начал производство 64-разрядного гибридного микропроцессора Cell для PlayStation 3, серверов и других применений.

2013: Компания Apple выпускает первый в мире смартфон iPhone 5S, работающий на первом серийном 64-битном ARM-процессоре Apple A7.

64-разрядные операционные системы

1985: Cray выпустила UNICOS, первую 64-разрядную версию ОС Unix.^[13]
1993: DEC выпустила Юникс-подобную 64-разрядную ОС DEC OSF/1 AXP для систем с процессорами DEC Alpha (позже ОС переименована в Tru64 UNIX).
1994: Поддержка 64-разрядного MIPS процессора R8000 добавлена компанией Silicon Graphics к ОС IRIX версии 6.0.
1995: DEC выпустила OpenVMS 7.0, первую полностью 64-разрядную версию OpenVMS для Alpha. Подготовлен первый 64-разрядный дистрибутив Linux (для процессоров Alpha).^[14]
1996: Поддержка 64-разрядного MIPS процессора R4000 добавлена компанией Silicon Graphics к ОС IRIX версии 6.2.
1998: Sun выпускает Solaris 7 с полной поддержкой 64-разрядных процессоров UltraSPARC.
2000: IBM выпустила z/OS, 64-разрядную ОС на базе MVS, для новых мейнфремов zSeries. Чуть позже выпущен 64-разрядный Linux для zSeries.
2001: Microsoft представила 64-битную версию Windows XP для процессоров Itanium.
2003: Apple выпустила ОС Mac OS X 10.3 «Panther» с поддержкой 64-разрядных целочисленных вычислений для процессоров PowerPC 970.^[15] Несколько дистрибутивов Linux начинают поддержку AMD64. Microsoft анонсирует планы по созданию версии ОС Windows для AMD64. Поддержка AMD64 появляется в ОС FreeBSD.
2005: 31 января Sun выпустила ОС Solaris 10 с поддержкой AMD64 и EM64T. В апреле Microsoft выпустила «Windows XP Professional x64 Edition» для AMD64 и EM64T.
2007: Apple выпускает Mac OS X 10.5 «Leopard» с полной поддержкой 64-разрядных приложений на PowerPC 970 и EM64T.
2009: Microsoft представила 64-битную версию Windows 7 для процессоров AMD64/Intel 64^[16]^[17].

Современные 64-битные архитектуры

На 2019 год можно назвать следующие популярные 64-битные архитектуры:

Расширение архитектуры x86, созданное компанией AMD под названием «AMD64», и совместимая с ней «x86-64»:

Наличие архитектуры AMD64

Архитектуру AMD64 имеют процессоры Athlon 64, Opteron, Sempron, Turion 64, Phenom, Athlon II, Phenom II, AMD FX, Ryzen

- Архитектуру EM64T (Intel 64) имеют процессоры Celeron (на базе ядер Core2 и новее), Pentium 4 (только Cedar Mill и поздние Prescott), Pentium D, Xeon (на базе 64-битных ядер), Core 2, Core i3, Core i5, Core i7 и некоторые Atom
- 64-битные расширения VIA Technologies реализованы в VIA Nano
64-битный режим архитектуры ARMv8, называемый AArch64^[18]:
- ARM Cortex-A53, Cortex-A57 и другие
- Apple A7 и более новые
- Snapdragon Kryo и более новые
64-битная версия архитектуры Power:
- IBM POWER6, POWER7 и более новые
- IBM PowerPC 970
- S T I процессор Cell и IBM PowerXCell имеют 64-разрядное управляющее ядро.
- IBM «Xenon» (ЦПУ приставки Microsoft Xbox 360) содержит 3 64-битных ядра PowerPC.
Архитектура SPARC V9, реализованная в:
- Sun Microsystems UltraSPARC (все варианты), Niagara, OpenSPARC
- Fujitsu SPARC64
IBM z/Architecture, используемая в мейнфреймах zSeries и System z9, 64-битное развитие архитектуры ESA/390
Intel IA-64 (Itanium)
MIPS Technologies MIPS64
Реализации в RISC-V наборов команд с названием начинающимся на RV64, например, RV64I, RV64GC (RV64IMAFDC) и другие:
- SiFive FU540
- Kendryte K210
- FADU Annapurna FC3081/FC3082
- Alibaba XuanTie 910

Обработка изображений

В обработке цифровых изображений под 64-битным форматом обычно подразумевают 48-битные цветные изображения (Deep Color), дополненные 16-битным альфа-каналом.

Примечания

↑ AMD64 Programmer's Manual Volume 2: System Programming (неопр.) 120. Advanced Micro Devices (декабрь 2016). Дата обращения: 24 августа 2018. Архивировано 13 июля 2018 года.
↑ Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Volume 3A: System Programming Guide, Part 1 (неопр.). Intel (сентябрь 2016). Дата обращения: 24 августа 2018. Архивировано 24 августа 2018 года.
↑ ARM Architecture Reference Manual ARMv8, for ARMv8-A architecture profile (неопр.). Дата обращения: 24 августа 2018. Архивировано 19 января 2019 года.
↑ Documentation — Arm Developer (неопр.). Дата обращения: 24 августа 2018. Архивировано 30 декабря 2018 года.
↑ i860 64-Bit Microprocessor (неопр.). Intel (1989). Дата обращения: 30 ноября 2010. Архивировано из оригинала 13 августа 2012 года.
↑ Joe Heinrich: «MIPS R4000 Microprocessor User’s Manual, Second Edition», 1994, MIPS Technologies, Inc.
↑ Richard L. Sites: «Alpha AXP Architecture», Digital Technical Journal, Volume 4, Number 4, 1992, Digital Equipment Corporation.
↑ Linley Gwennap: «UltraSparc Unleashes SPARC Performance», Microprocessor Report, Volume 8, Number 13, 3 October 1994, MicroDesign Resources.
↑ J. W. Bishop, et al.: «PowerPC AS A10 64-bit RISC microprocessor», IBM Journal of Research and Development, Volume 40, Number 4, July 1996, IBM Corporation.
↑ Linley Gwennap: «PA-8000 Combines Complexity and Speed», Microprocessor Report, Volume 8, Number 15, 14 November 1994, MicroDesign Resources.
↑ F. P. O’Connell and S. W. White: «POWER3: The next generation of PowerPC processors», IBM Journal of Research and Development, Volume 44, Number 6, November 2000, IBM Corporation.
↑ VIA Unveils Details of Next-Generation Isaiah Processor Core (неопр.). VIA Technologies, Inc.. Дата обращения: 18 июля 2007. Архивировано из оригинала 13 августа 2012 года.
↑ Stefan Berka. Unicos Operating System (неопр.). www.operating-system.org. Дата обращения: 19 ноября 2010. Архивировано из оригинала 13 августа 2012 года.
↑ My Life and Free Software (неопр.). Дата обращения: 4 июля 2011. Архивировано 7 мая 2017 года.
↑ John Siracusa. Mac OS X 10.6 Snow Leopard: the Ars Technica review (неопр.) 5. Ars Technica. Дата обращения: 6 сентября 2009. Архивировано из оригинала 13 августа 2012 года.
↑ Переключаемся на 64 бита (рус.) // Chip : журнал. — 2010. — 18 ноября (№ 12). — С. 116—121. — ISSN 1609-4212. Архивировано 22 августа 2022 года.
↑ Эльдар Кудинов. 64 бита в 2 раза лучше 32 бита? (рус.) // ComputerBild : журнал. — 2011. — 6 сентября (№ 21 (144)). — С. 62—65. — ISSN 2308-815X.
↑ ARM Architecture Reference Manual ARMv8, for ARMv8-A architecture profile (неопр.). Дата обращения: 24 августа 2018. Архивировано 19 января 2019 года.

Ссылки

64-Bit Programming Models: Why LP64? (англ.)
AMD64 (EM64T) architecture (недоступная ссылка) (англ.)
Всё про «64-bit» (рус.)

[1] AMD64 Programmer's Manual Volume 2: System Programming (неопр.) 120. Advanced Micro Devices (декабрь 2016). Дата обращения: 24 августа 2018. Архивировано 13 июля 2018 года.

[2] Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Volume 3A: System Programming Guide, Part 1 (неопр.). Intel (сентябрь 2016). Дата обращения: 24 августа 2018. Архивировано 24 августа 2018 года.

[3] ARM Architecture Reference Manual ARMv8, for ARMv8-A architecture profile (неопр.). Дата обращения: 24 августа 2018. Архивировано 19 января 2019 года.

[4] Documentation — Arm Developer (неопр.). Дата обращения: 24 августа 2018. Архивировано 30 декабря 2018 года.

[smithsonian-i860-5] 860 64-Bit Microprocessor (неопр.). Intel (1989). Дата обращения: 30 ноября 2010. Архивировано из оригинала 13 августа 2012 года.

[6] Joe Heinrich: «MIPS R4000 Microprocessor User’s Manual, Second Edition», 1994, MIPS Technologies, Inc.

[7] Richard L. Sites: «Alpha AXP Architecture», Digital Technical Journal, Volume 4, Number 4, 1992, Digital Equipment Corporation.

[8] Linley Gwennap: «UltraSparc Unleashes SPARC Performance», Microprocessor Report, Volume 8, Number 13, 3 October 1994, MicroDesign Resources.

[9] J. W. Bishop, et al.: «PowerPC AS A10 64-bit RISC microprocessor», IBM Journal of Research and Development, Volume 40, Number 4, July 1996, IBM Corporation.

[10] Linley Gwennap: «PA-8000 Combines Complexity and Speed», Microprocessor Report, Volume 8, Number 15, 14 November 1994, MicroDesign Resources.

[11] F. P. O’Connell and S. W. White: «POWER3: The next generation of PowerPC processors», IBM Journal of Research and Development, Volume 44, Number 6, November 2000, IBM Corporation.

[12] VIA Unveils Details of Next-Generation Isaiah Processor Core (неопр.). VIA Technologies, Inc.. Дата обращения: 18 июля 2007. Архивировано из оригинала 13 августа 2012 года.

[13] Stefan Berka. Unicos Operating System (неопр.). www.operating-system.org. Дата обращения: 19 ноября 2010. Архивировано из оригинала 13 августа 2012 года.

[14] My Life and Free Software (неопр.). Дата обращения: 4 июля 2011. Архивировано 7 мая 2017 года.

[ars-macosx-15] John Siracusa. Mac OS X 10.6 Snow Leopard: the Ars Technica review (неопр.) 5. Ars Technica. Дата обращения: 6 сентября 2009. Архивировано из оригинала 13 августа 2012 года.

[16] Переключаемся на 64 бита (рус.) // Chip : журнал. — 2010. — 18 ноября (№ 12). — С. 116—121. — ISSN 1609-4212. Архивировано 22 августа 2022 года.

[17] Эльдар Кудинов. 64 бита в 2 раза лучше 32 бита? (рус.) // ComputerBild : журнал. — 2011. — 6 сентября (№ 21 (144)). — С. 62—65. — ISSN 2308-815X.

[18] ARM Architecture Reference Manual ARMv8, for ARMv8-A architecture profile (неопр.). Дата обращения: 24 августа 2018. Архивировано 19 января 2019 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]