Kodėl mes neturime 128 bitų procesorių

Tarp kompiuterių žodyno žodžių bitas tikrai yra vienas žinomiausių. Ištisos kartos vaizdo žaidimų konsolių ir jų pikselių stilių apibrėžia bitai (pvz., 8 bitų ir 16 bitų), o daugelis programų siūlo ir 32 bitų, ir 64 bitų versijas.

Jei pažvelgsite į tą istoriją, pamatysite, kad bėgant metams mūsų gebėjimas valdyti bitus išaugo. Tačiau, nors 64 bitų lustai pirmą kartą buvo pristatyti devintajame dešimtmetyje, o tapo įprastais 2000-aisiais, mes vis dar neturi 128 bitų procesoriaus. Nors 128 gali atrodyti kaip natūralus žingsnis po 64, tai yra bet kas bet.

Kas netgi yra šiek tiek?

Prieš kalbėdami apie tai, kodėl 128 bitų procesorių nėra, turime pakalbėti apie tai, kas yra bitas. Iš esmės tai reiškia procesoriaus galimybes. Sudarytas iš žodžių dvejetainis ir skaitmuo, tai mažiausias skaičiavimo vienetas ir viso programavimo pradžios taškas. Bitas gali būti apibrėžtas tik kaip 1 arba 0 (taigi dvejetainis), nors šie skaičiai gali būti interpretuojami kaip teisingi arba klaidingi, įjungti arba išjungti ir netgi kaip pliuso arba minuso ženklas.

Vienas bitas pats savaime nėra labai naudingas, tačiau naudojant daugiau bitų yra kita istorija, nes vienetų ir nulių derinys gali būti apibrėžtas kaip kažkas, pavyzdžiui, skaičius, raidė ar kitas simbolis. 128 bitų skaičiavimui mus domina tik sveikieji skaičiai (skaičiai, kuriuose nėra kablelio), ir kuo daugiau bitų, tuo daugiau skaičių procesorius gali apibrėžti. Jame naudojama gana paprasta 2^x formulė, kai x yra bitų skaičius. 4 bitų skaičiavime didžiausias sveikasis skaičius, kurį galite suskaičiuoti, yra 15, o tai yra vienu mažesnis už formulės pateiktą skaičių 16, tačiau programuotojai pradeda skaičiuoti nuo 0, o ne nuo 1.

Jei 4 bitai gali saugoti tik 16 skirtingų sveikųjų skaičių, gali atrodyti, kad perėjimas prie 8 ar 32 ar net 128 bitų būtų toks didelis dalykas. Tačiau čia kalbame apie eksponentinį skaičių, o tai reiškia, kad viskas prasideda lėtai, bet tada labai greitai. Norėdami tai parodyti, pateikiame mažą lentelę, kurioje rodomi didžiausi sveikieji skaičiai, kuriuos galite apskaičiuoti dvejetainiu būdu nuo 1 iki 128 bitų.

Taigi dabar tikriausiai galite suprasti, kodėl padvigubėjus bitų kiekiui, galima apdoroti skaičius, kurie ne tik padvigubėja, bet yra daugmaž didesni. Vis dėlto, nors 128 bitų skaičiavimas leistų mums dirbti su daug didesniais skaičiais nei 64 bitų skaičiavimas, mes vis tiek jo nenaudojame.

Kaip mes perėjome nuo 1 bitų iki 64 bitų

Gana aišku, kodėl centriniai procesoriai iš 1 bito tapo daugiau bitų: norėjome, kad mūsų kompiuteriai atliktų daugiau dalykų. Su vienu ar dviem ar keturiais bitais galite nuveikti ne vieną, bet 8 bitų ženklą arkadiniai įrenginiai, žaidimų konsolės ir namų kompiuteriai tapo įmanomi. Laikui bėgant procesoriai tapo pigesni ir fiziškai mažesni, todėl aparatinės įrangos, reikalingos norint padidinti procesoriaus galimų apdoroti bitų skaičių, pridėjimas buvo gana natūralus žingsnis.

Eksponentinis bitų pobūdis išryškėja labai greitai lyginant 16 bitų konsoles, tokias kaip SNES ir Sega Genesis su jų 8 bitų pirmtakais, daugiausia NES. Super Mario Bros 3 buvo vienas sudėtingiausių NES žaidimų mechanikos ir grafikos požiūriu, ir jis buvo visiškai nusilpęs Super Mario pasaulis, kuris buvo išleistas tik po dvejų metų (nors GPU technologijos patobulinimai čia taip pat buvo pagrindinis veiksnys).

Vis dar neturime 128 bitų procesorių, nors praėjo beveik trys dešimtmečiai nuo tada, kai rinkoje pasirodė pirmieji 64 bitų lustai.

Tačiau tai ne tik vaizdo žaidimai; beveik viskas gerėjo su daugiau bitų. Perėjus nuo 256 skaičių 8 bituose iki 65 356 numerių 16 bituose, reikėjo tiksliau sekti laiką, rodyti daugiau spalvų ekranuose ir spręsti didesnius failus. Nesvarbu, ar naudojate IBM asmeninį kompiuterį, maitinamą Intel 8 bitų 8088 procesoriaus, ar kuriate serverį įmonei, kuri pasiruošusi prisijungti prie interneto, daugiau bitų yra tiesiog geriau.

Pramonė gana greitai perėjo nuo 16 bitų prie 32 bitų ir galiausiai 64 bitų skaičiavimo, kuris tapo įprastas 90-ųjų pabaigoje ir 2000-ųjų pradžioje. Kai kurie iš svarbiausių ankstyvųjų 64 bitų procesorių buvo rasti „Nintendo 64“ ir kompiuteriuose, maitinamuose AMD „Athlon 64“ ir „Opteron“. CPU. Kalbant apie programinę įrangą, 64 bitai anksti pradėjo gauti pagrindinį palaikymą iš operacinių sistemų, tokių kaip „Linux“ ir „Windows“. 2000-ieji. Tačiau ne visi 64 bitų skaičiavimo bandymai buvo sėkmingi; „Intel“ Itanium serverio centriniai procesoriai buvo plačiai žinomi gedimai ir yra vieni iš visų laikų prasčiausių bendrovės procesorių.

Šiandien 64 bitų CPU yra visur – nuo ​​išmaniųjų telefonų iki asmeninių kompiuterių ir serverių. Vis dar gaminami lustai su mažiau bitų ir gali būti pageidautini konkrečioms programoms, kurios neapdoroja didesnių skaičių, tačiau jie yra gana nišiniai. Vis dėlto mes vis dar neturime 128 bitų procesorių, nors praėjo beveik trys dešimtmečiai nuo tada, kai rinkoje pasirodė pirmieji 64 bitų lustai.

128 bitų kompiuterija ieško problemos, kurią reikia išspręsti

Galbūt manote, kad 128 bitai nėra perspektyvūs, nes tai sunku ar net neįmanoma padaryti, bet iš tikrųjų taip nėra. Daugelis procesorių, procesorių ir kitų dalių yra 128 bitų ar didesnės, pavyzdžiui, GPU atminties magistralės ir procesorių SIMD, įgalinančios AVX instrukcijas. Mes konkrečiai kalbame apie galimybę valdyti 128 bitų sveikuosius skaičius, ir nors 128 bitų procesoriaus prototipai buvo sukurti tyrimų laboratorijose, nė viena įmonė iš tikrųjų nepaleido 128 bitų procesoriaus. Atsakymas gali būti antiklimatiškas: 128 bitų CPU tiesiog nėra labai naudingas.

64 bitų procesorius gali apdoroti daugiau nei 18 kvintilijonų unikalių skaičių nuo 0 iki 18 446 744 073 709 551 615. Priešingai, 128 bitų centrinis procesorius galėtų apdoroti daugiau nei 340 neapgalvotų skaičių, ir garantuoju, kad per visą savo gyvenimą net nematėte „neatsiejimo“. Rasti panaudojimą skaičiuojant skaičius su tiek nulių yra gana sudėtinga, net jei naudojate vieną iš bitai, skirti pažymėti sveikąjį skaičių, kurio diapazonas turėtų būti nuo neigiamo 170 iki teigiamo 170 neapsisprendimas.

Vieninteliai reikšmingi 128 bitų sveikųjų skaičių naudojimo atvejai yra IPv6 adresai, universalūs unikalūs identifikatoriai (arba UUID), kurie naudojami sukurti unikalius vartotojų ID (Minecraft yra didelio profilio UUID naudojimo atvejis) ir failų sistemoms, tokioms kaip ZFS. Reikalas tas, kad 128 bitų centriniai procesoriai nėra būtini šioms užduotims atlikti, kurios galėjo puikiai egzistuoti 64 bitų aparatinėje įrangoje. Galiausiai pagrindinė priežastis, kodėl mes neturime 128 bitų procesorių, yra ta, kad nėra poreikio 128 bitų aparatinės ir programinės įrangos ekosistemai. Pramonė tikrai galėtų tai padaryti, jei to norėtų, bet to tiesiog nepavyksta.

128 bitų durys šiek tiek atidarytos

Nors 128 bitų procesoriai šiandien nėra aktualūs ir panašu, kad artimiausiu metu jokia įmonė jų neišleis, aš nedrįsčiau teigti, kad 128 bitų procesorių niekada nebus. Specifikacija, skirta RISC-V ISA palieka ateities 128 bitų galimybę architektūra ant stalo, bet nenurodo, kas iš tikrųjų būtų, tikriausiai todėl, kad tiesiog nebuvo skubaus poreikio jį sukurti.

Trys šimtai keturiasdešimt undecillion, didžiausias skaičius, kurį galima sukurti naudojant 128 bitus, taip pat nėra tiek daug kadangi visatoje yra atomų, o tai laikomas didžiausiu skaičiumi realiame pasaulyje reikšmę. Jei kada nors norėtumėte imituoti nemažą visatos dalį iki atominio lygio, galbūt tam tikrai praverstų 128 bitų procesorius. Be to, sunku pasakyti, kam būtų naudojamas 128 bitų centrinis procesorius, tačiau prieš daugelį metų taip pat galvojome, kam gali reikėti terabaito RAM.