Artigo arquitetura 64 bits

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Vantagens da Arquitetura de 64 bits

Tiago Tecchio, André Stella
Faculdade de Tecnologia TecBrasil – Análise e Desenvolvimento de Sistemas
{tiagotecchio, andreste}@gmail.com

Resumo: Este artigo tem por objetivo apresentar os benefícios do uso da arquitetura 64 bits em conjunto com sistema operacional 64 bits, suas principais características e abordagens utilizadas pelo processo de migraçãodo ambiente 32 bits. O artigo irá esboçar um breve histórico dos processadores 64 bits, sua capacidade, os erros e acertos dos grandes fabricantes, os sistemas operacionais compatíveis, os modos de execução e suas particularidades e por fim um pequeno exemplo prático feito sobre um computador com sistema operacional e processador de 64 bits.

Palavras-Chave: arquitetura 64 bits, processadores64 bits, sistemas operacionais 64 bits.

1 Introdução

A necessidade de uma arquitetura de processadores de 64 bits surgiu de aplicações como bancos de dados, programas para engenharia e de cálculos científicos, que necessitavam endereçar enormes quantidades de memória física e virtual [KEL03]. Um computador equipado com esta estrutura é capaz de endereçar bem mais do que os 4 gigabytespossíveis de um arquitetura de 32 bits – o que em teoria seria a quantidade absurda de 18 exabytes (18 bilhões de gigabytes) de memória – e calcular em apenas um ciclo de processador um número de 20 dígitos (18.446.744.073.709.551.616) [SHA04]. Antes restrita a datacenters e supercomputadores, a arquitetura 64 bits tem se tornado cada vez mais presente em computadores pessoais e notebooks – até entãousando a arquitetura convencional de 32 bits [STAL06]. Contudo, o sistema operacional que está sendo executado sobre tal arquitetura precisa estar preparado para usufruir dos 32 bits adicionais, e é isso que iremos analisar neste artigo.

2 Vantagens da arquitetura 64 bits

A história da arquitetura 64 bits remonta a década de setenta quando foi implementada em um supercomputador chamado Cray-1 daCray Research. Comercialmente, esta arquitetura foi introduzida através de uma parceria entre IBM, Apple e Motorola que criaram a família de processadores PowerPC, baseado no projeto anterior da IBM chamado de POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC). Como a arquitetura PowerPC foi originalmente projetada para a computação de mesa e técnica, a equipe de desenvolvimento da família deservidores AS/400 da IBM resolveu estender os processadores RISC da época a 64 bits. Assim nasceram os primeiros processadores de 64 bits para servidores AS/400 que se tornaram um padrão de indústria: batizados de A30 e A10, ambos da família PowerPC AS [SOL98]. A partir deste momento os grandes fabricantes passaram a oferecer famílias de processadores de 64 bits – Intel/HP com a IA-64, AMD comAthlon/Opteron e Sun com UltraSPARC. E devido ao seu barateamento, começou a ser usado inclusive em vídeo games, como os da Sega e da Nintendo [SOL98].
Um dos maiores desafios dos fabricantes é manter a compatibilidade com a versão de 32 bits de seus processadores. Isto se tornou evidente para os processadores da arquitetura CISC, particularmente com uma tentativa frustrada da Intel de popularizaro Itanium – uma família de processadores baseada em IA-64 que quebrava a compatibilidade com a família x86 [HUC00]. Embora ele possua um emulador para aplicações 32 bits, o preço alto e o baixo desempenho em modo de emulação afundaram o projeto. Para contornar este problema, a AMD desenvolveu uma nova arquitetura chamada AMD64 a qual foi lançada comercialmente em 2003 sobre o processador Opteron[AMD07]. A grande vantagem desta nova abordagem, batizada de x86-64, foi o suporte às aplicações 32 bits, já que a arquitetura radical da Intel/HP excluía os softwares legados [AMD03]. Na figura 1 é mostrada a relação de registradores do AMD64, com destaque para os componentes adicionais introduzidos neste hardware.

Figura 1: Conjunto de registradores de aplicação da arquitetura AMD64.

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