Micriprocesadores 64 Bits

HISTORIA

Los microprocesadores de 64 bits han existido en las supercomputadoras desde 1960 y en servidores y estaciones de trabajo basadas en RISC desde mediados de los años 1990. En 2003 empezaron a ser introducidos masivamente en las computadoras personales (previamente de 32 bits) con las arquitecturas x86-64 y los procesadores PowerPC G5.

x86-64 (también conocido como x64, x86_64 y AMD64) es la versión de 64 bits conjunto de instrucciones x86. Soporta una cantidad mucho mayor de memoria virtual y memoria física de lo que son posible sus predecesores, permitiendo a los programas almacenar grandes cantidades de datos en la memoria. x86-64 también provee registros de uso general de 64 bits y muchas otras mejoras. La especificación fue creada por AMD, y ha sido implementada por AMD, Intel, VIA y otros. Es totalmente retro compatible con el código x86 de 16 y 32 bits.

AMD Opteron fue el primer CPU en introducir las extensiones x86-64 en 2003.

Se trata de una arquitectura desarrollada originalmente por AMD a partir de la arquitectura x86, e implementada bajo el nombre de AMD64. El primer procesador (para computadoras personales) con soporte para este conjunto de instrucciones fue el Opteron, lanzado en abril de 2003. Posteriormente ha sido implementado en múltiples variantes del Athlon 64 y posteriores.

La empresa Intel desarrolló una arquitectura compatible bajo el nombre Intel 64 (antes EM64T). La cual ha sido utilizada en el Pentium 4 y posteriores microprocesadores de la compañía.

ARQUITECTURA

Aunque una CPU puede ser internamente de 64 bits, su bus de datos o bus de direcciones externos pueden tener un tamaño diferente, más grande o más pequeño Por ejemplo, muchas máquinas actuales con procesadores de 32 bits usan buses de 64 bits (p.ej. el Pentium original y las CPUs posteriores).

La arquitectura de las computadoras de 64 bits tiene integrados registros que son de 64 bits, que permite procesar (interna y externamente) datos de 64 bits.

Registros

Los procesadores de la arquitectura x86-64 disponen de un banco de registros formado por registros de propósito general y registros de propósito específico.

Registros de propósito general hay 16 de 64 bits y de propósito específico hay6 registros de segmento de 16 bits, también hay un registro de estado de 64bits (RFLAGS) y un registro contador de programa también de 64 bits.

Registros de propósito general

Son 16 registros de datos de 64 bits (8 bytes): RAX, RBX, RCX, RDX, RSI, RDI, RBP, RSP y R8-R15.

Los 8 primeros registros se denominan de manera parecida a los 8 registros de propósito general de 32 bits disponibles en la arquitectura IA-32 (EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP y ESP).

Los registros son accesibles de cuatro maneras diferentes:

1) Como registros completos de 64 bits (quad word).

2) Como registros de 32 bits (double word), accediendo a los 32 bits de menos peso.

3) Como registros de 16 bits (word), accediendo a los 16 bits de menos peso.

4) Como registros de 8 bits (byte), permitiendo acceder individualmente a uno o dos de los bytes de menos peso según el registro.

El acceso a registros de byte tiene ciertas limitaciones según el registro. A continuación se presenta la nomenclatura que se utiliza según si se quiere acceder a registros de 8, 16, 32 o 64 bits y según el registro.

Registros de propósito específico

Podemos distinguir varios registros de propósito específico:

Registros de segmento

Hay 6 registros de segmento de 16 bits.

•CS: code segment

•DS: data segment

•SS: stack segment

•ES: extra segment

•FS: extra segment

• GS: extra segment

Registro de instrucción

Es un registro de 64 bits que actúa como registro contador de programa (PC) y contiene la dirección efectiva (o dirección lineal) de la instrucción siguiente que se ha de ejecutar.

Registro de estado (Flags register: RFLAGS)

Es un registro de 64 bits que contiene información sobre el estado del procesador e información sobre el resultado de la ejecución de las instrucciones.

VENTAJAS Y APLICACION

Las arquitecturas de 64 bits hacen más sencillo el trabajar con grandes conjuntos de datos en aplicaciones como los Editores de Video, computación científica, juegos, y grandes bases de datos.

Una ventaja de un sistema de 64 bits es que puede manejar un volumen de datos mucho mayor que uno de 32. Windows 8 Pro 64-bit, por ejemplo, puede usar hasta 512GB de RAM.

Un sistema operativo de 32 bits no puede usar más de 3 gigabytes de memoria.

Una mayor cantidad de memoria sirve para ejecutar aplicaciones pesadas, además de para poder tener abiertas más ventanas y aplicaciones.

También los navegadores web, que son cada vez más potentes, salen beneficiados de esta mayor disponibilidad de memoria (un ejemplo: Chrome de 64 bits).

En las arquitecturas x86-64 (AMD64 y EM64T), la mayoría de los sistemas operativos de 32 bits y aplicaciones pueden ejecutarse sin problemas en el hardware de 64 bits.

Otra ventaja importante de los 64 bits es que dan mayor seguridad. Al poder usar mucha más memoria, los sistemas operativos de 64 bits pueden usar técnicas que dificultan los ataques de los virus. Además, la gran mayoría de virus existentes se programaron para atacar sistemas de 32 bits, y no funcionan en sistemas de 64 bits.

DEP es una característica de seguridad incluida en sistemas operativos modernos y su función es la de prevenir que una aplicación o servicio se ejecute desde una región de memoria no ejecutable. Esto impide que ciertos exploits copien código en memoria vía desbordamiento de buffer.

Cronología del procesador de 64 bits

1961: IBM lanzó la supercomputadora IBM 7030 Stretch. Este utilizaba palabras de 64 bits e instrucciones de 32 o 64 bits.

1974: Control Data Corporation lanzó la supercomputadora vectorial CDC Star-100, que utiliza una arquitectura

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