Почему не существует ни 128-разрядной Windows, ни 128-разрядного процессора

За прошедшие годы операционные системы претерпели значительную эволюцию, как и процессоры. Первые версии были 8-битными, в восьмидесятых преобладали 16-битные, в девяностых — 32-битные, а в первом десятилетии 2000-х годов появились 64-битные. Прошло 20 лет с тех пор, как появилась первая 64-разрядная потребительская операционная система Windows XP Professional x64 Edition, но мы еще не видели 128-разрядной Windows, почему это происходит?

Это хороший вопрос, и к тому же он очень интересный, но чтобы иметь возможность ответить на него, необходимо глубже изучить, как работают операционные системы, которые могут работать с разным количеством бит, а также роль, которую играют процессоры. также, потому что операционная система, например, 64-разрядная, не может работать с большим количеством бит. 64-разрядный процессор, и, следовательно, для перемещения 128-разрядной операционной системы нам понадобится 128-разрядный процессор.

Windows Vista 64 бит

Приведем вам пример. Когда в 2006 году появился патч, превративший Windows Vista в 64-разрядную операционную систему, многие захотели попробовать ее, но в то время 64-разрядные процессоры не занимали много времени на массовом потребительском рынке. AMD впервые появилась в 2003 году сAthlon 64, которые были настоящим чудом, а в 2004 году появилась Intel с 64-разрядными процессорами Pentium 4.

Под этим мы подразумеваем очень простую вещь, а именно то, что для существования 128-разрядной операционной системы сначала должен существовать 128-разрядный процессор. Нет смысла разрабатывать программное обеспечение для оборудования, которого не существует. Вот почему в свое время первыми появились 64-разрядные Athlon 64 и Pentium 4, а несколько лет спустя было выпущено обновление для Windows Vista, которое сделало ее совместимой с 64-разрядной версией.

Мы знаем, что говорил вам, что Windows XP Professional x64 Edition была первой операционной системой, поддерживающей 64-разрядную версию, и действительно, так оно и было, поскольку она была доступна в 2005 году, но она была ориентирована на рынок профессионального потребления, в то время как 64-разрядная Windows Vista ориентировалась на потребительский рынок в целом. В любом случае Windows XP Professional x64 Edition также появилась через два года после выпуска первых потребительских 64-разрядных процессоров AMD Athlon 64.

Скачок с мегабайта на гигабайт

Причина, по которой мы увеличивали количество битов в каждой операционной системе, заключалась, прежде всего, в том, чтобы иметь возможность увеличить объем памяти, который она может обрабатывать. Со временем приложения и игры становились все более сложными, и это привело к увеличению ресурсов, необходимых для их перемещения и продвижения вперед.

Именно одной из вещей, которая за прошедшие годы выросла больше всего, было потребление оперативной памяти. В восьмидесятые годы 8 МБ ОЗУ было более чем достаточно, чтобы наслаждаться хорошей работой, а в девяностые годы наличие 32 МБ позволяло нам перемещать что угодно (кроме профессиональных сценариев). С тех пор потребление памяти выросло в геометрической прогрессии.

В период с восьмидесятых по девяностые годы объем памяти, необходимый для стандартного ПК, увеличился в четыре раза, но в период с начала 2000 по 2010 год эта цифра увеличилась в 40 раз, поскольку мы перешли от потребности в 128 МБ к наличию 4 ГБ оперативной памяти. Разница была огромной, и именно в этот период времени 64-разрядная Windows Vista начала завоевывать популярность на массовом потребительском рынке.

оперативную память ПК стал прямым следствием скачка с мегабайта на гигабайт. Этот экспоненциальный рост был единовременным явлением, имевшим место в первом десятилетии 2000 года, и с тех пор он стабилизировался. Нам просто нужно увидеть, что 8 ГБ оперативной памяти начали широко использоваться в 2012 году, и по сей день, в середине 2025 года, этой цифры все еще достаточно для многих целей.

Операционные системы и биты: что изменилось с 64-разрядной Windows

Мы говорим о 64-разрядной Windows, потому что, в конце концов, эта операционная система была самой важной на потребительском рынке в целом, и потому что именно она способствовала крупномасштабному переходу с 32-разрядной версии на 64-разрядную, так что имейте это в виду.

Операционная система может работать с блоками данных и поддерживать определенный объем оперативной памяти в зависимости от ее битов. Чем больше бит, тем больше размер этих блоков и тем больше максимальный объем памяти. Это стандартное разделение операционных систем и их максимальная емкость ОЗУ в зависимости от количества бит:

• 8-разрядные операционные системы: 256 байт ОЗУ.
• 16-разрядные операционные системы: 64 килобайта оперативной памяти.
• 32-разрядные операционные системы: 4 гигабайта оперативной памяти.
• 64-разрядные операционные системы: 18 эксабайт оперативной памяти.

Чтобы лучше понять эти цифры, я напоминаю вам, что:

• 1 килобайт равен 1024 байтам.
• 1 мегабайт равен 1024 килобайтам.
• 1 гигабайт равен 1024 мегабайтам.
• 1 терабайт равен 1024 гигабайтам.
• 1 петабайт равен 1024 терабайтам.
• 1 эксабайт равен 1024 петабайтам.

Это означает, что с переходом с 32-разрядных на 64-разрядные операционные системы мы значительно увеличили теоретический максимальный объем адресуемой оперативной памяти, увеличив максимальный объем с 4 гигабайт до 19 327 352 832 (более девятнадцати миллиардов) гигабайт. Эта цифра абсолютно точная, без округления, поскольку я избегал производить вычисления, исходя из эквивалентности 1: 1.

Операционная система, способная адресовать больший объем оперативной памяти, позволяет нам выполнять более сложные задачи, работать с более продвинутыми приложениями и наслаждаться играми, которые становятся все более реалистичными и требовательными. Подумайте, например, о том, что любая текущая игра, для работы которой требуется 8 ГБ оперативной памяти, была бы невозможна в 32-разрядной операционной системе.

Однако это был не единственный прорыв, который они представили. 64-разрядные операционные системы также позволили внести другие важные улучшения в 64-разрядные процессоры, которые не ограничивались увеличением максимального объема поддерживаемой памяти.

Например, они могут обрабатывать данные в 64-битных блоках, что означает, что 64-разрядный процессор может работать с большим объемом данных за такт. Это особенно заметно в требовательных приложениях, требующих большого количества операций и вычислений.

Они также обладают эксклюзивными функциями и предлагают другие улучшения на уровне производительности и безопасности, среди которых мы можем выделить встроенную аппаратную поддержку «Data Execution Prevention», также известную как «DEP» для его аббревиатуры на английском языке, «Защита от исправлений ядра» и целостность кода в контрольных суммах. («контрольные суммы»). Отказ от 16-разрядной подсистемы также помог повысить безопасность.

Что означают биты процессора

Когда мы говорим о 32-разрядных, 64-разрядных или 128-разрядных процессорах, мы имеем в виду под этими числами размер данных, которые он может обрабатывать за такт, а также адреса памяти, которые он может обрабатывать. Бит определяется как минимальное значение информации в вычислениях и может быть 0 или 1.

Один бит сам по себе практически бесполезен, но когда мы объединяем большое количество битов, мы получаем большие объемы данных (целых чисел), которые уже начинают приносить большую пользу. Например, 8-разрядный процессор может работать максимум с 255 целыми числами (2^x-1, где x — количество бит ЦП), то есть со значениями 0 и 1, в то время как 32-разрядный процессор может адресовать до 4 294 967 295 целых чисел.

С другой стороны, 64-разрядный процессор может адресовать до 18 446 744 073 709 551 615 целых чисел. Мы перешли от разговоров о миллиардах к разговорам о триллионах — впечатляющий рост, который еще больше возрастает, если мы проанализируем возможности 128-разрядного процессора, который может адресовать до 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 455 целых чисел.

Как мы уже видели, 32-разрядный процессор может адресовать до 4 ГБ ОЗУ, а 64-разрядный — до 18 эксабайт ОЗУ. Это означает, что он может работать с гораздо большими и более сложными объемами данных, поэтому с появлением 64-разрядных процессоров произошло такое значительное улучшение вычислительных возможностей современных компьютеров.

В чем разница между 128-битной Windows и 128-битным процессором

Фасад будет таким же, как у любой текущей 64-разрядной Windows, то есть мы не должны ожидать каких-либо серьезных изменений на уровне интерфейса. Основное отличие, как вы могли себе представить, будет заключаться в способности этой операционной системы работать с гигантскими объемами памяти и со 128-битными блоками данных.

Теоретически эта операционная система могла бы поддерживать максимум 17 000 триллионов йоттабайт — головокружительная цифра, которая для того времени, в котором мы находимся, является почти научной фантастикой. Мы не преувеличиваем, просто подумайте, что один йоттабайт равен 1024 зеттабайтам, а 1 зеттабайт равен 1024 эксабайтам. Йоттабайт — это самая высокая единица, которую мы имеем на данный момент в пирамиде измерения объемов данных в информатике. Проводя аналогию, это было бы похоже на эквивалент «светового года» в астрономии.

Эта Windows должна была бы использовать 128-разрядный процессор, что также должно предполагать повышение производительности за счет его способности работать с большим объемом данных за такт, и он мог бы рассчитывать на другие улучшения в уровне производительности и безопасности. Однако это было бы заметно только при работе с очень специфическими рабочими нагрузками, которые могли бы использовать эту высокую производительность обработки данных за такт, что мы уже видели в инструкциях AVX-512.

Почему у нас нет 128-разрядных процессоров и Windows

Ответ очень прост, потому что они не нужны. Технически было бы возможно создать и то, и другое, но сейчас это бессмыслица, и, кроме того, это было бы непрактично из-за технических ограничений, с которыми им пришлось бы столкнуться. Представьте себе все, что нужно было бы усовершенствовать в оборудовании, чтобы можно было разработать систему, способную монтировать ОЗУ объемом несколько петабайт, поэтому давайте больше не будем говорить о йотабайтах.

Прямо сейчас на потребительском рынке наиболее часто используемые конфигурации колеблются от 16 до 32 ГБ ОЗУ, а максимальная поддержка материнских плат верхнего уровня составляет 256 ГБ ОЗУ. Если мы перейдем в профессиональный сектор, у нас будет ограничение от 2 до 6 ТБ ОЗУ в качестве ограничения на сокет, а в более требовательных секторах и в мире суперкомпьютеров мы относительно недавно нарушили ограничение на эксабайт.

Нам еще предстоит пройти много лет, прежде чем мы сможем исчерпать то, что предлагают 64-разрядные операционные системы и процессоры. К этому мы должны добавить, кроме того, что современные процессоры имеют очень универсальную конструкцию и что благодаря этому они могут содержать элементы более 64 бит, такие как шины и SIMD-модули. Представьте, например, что Ryzen 9000 может работать с операциями AVX-512, которые представляют собой 512-битные инструкции, передаваемые за один проход.

С другой стороны, следует также иметь в виду, что с переходом на 128-разрядную операционную систему могут возникнуть проблемы несовместимости, могут возникнуть различные проблемы на уровне архитектуры и поддержки как на программном, так и на аппаратном уровне, решение которых, в зависимости от их сложности, может быть очень дорогостоящим, например, из-за нехватки ресурсов. и нам также нужно было бы поработать на уровне драйверов.

В связи с этим может потребоваться полностью переписать большое количество драйверов, и это сильно усложнит этот переход, не предлагая взамен значительных улучшений, поскольку мы явно столкнемся со сценарием снижения прибыли. Затраты на переход на 128-разрядную среду были бы очень большими, а выгоды были бы незначительными даже в очень долгосрочной перспективе.

На данный момент также нет приложений, которые могли бы извлечь выгоду из 128-разрядной Windows. Это правда, что в определенных областях, таких как научные исследования и шифрование, для конкретных вычислений можно использовать определенные 128-битные или более операции, но они выполняются с помощью библиотек или инструментов, которые легко интегрируются в 64-разрядные операционные системы, и для них не требуется ни операционная система, ни компьютер. 128-разрядный процессор.

Под этим мы не подразумеваем, что мы никогда не увидим 128-разрядную Windows и 128-разрядный процессор. Это то, что может произойти, на самом деле это возможность, которая уже рассматривалась в архитектуре RISC-V, но нам еще много лет, так много, что, вероятно, ни вы, ни мы, уважаемый читатель, никогда не увидим этих процессоров, если только в мире не произойдет какой-то поворотный момент в технологии, которая ускоряет процесс.

Мы думаем, важно привести пример, который поможет нам лучше понять это, и реальность, в которой мы находимся, когда думаем о 128-разрядных операционных системах и процессорах. Мы уверены, что в эпоху 16-разрядных вычислений никто и представить себе не мог, что всего за 20 лет мы собираемся использовать несколько гигабайт оперативной памяти, и все же мы здесь, с гигабайтом в качестве стандарта для потребления и терабайтом для серверов и центров обработки данных.

То, что сегодня кажется нам невозможным или очень далеким, может в конечном итоге стать реальностью раньше, чем мы ожидаем, это ясно, и это урок, которому информатика и все связанные с ней технологии преподают нам с момента их зарождения и по сей день, вот почему я говорил о возможном будущем. переломный момент, который ускорит процесс.

Тем не менее, судя по цифрам, с которыми мы имеем дело, когда говорим о 128-разрядных операционных системах, я думаю, что нам еще далеко до этого. десятилетия. Это слишком большая эволюция, к которой мы не готовы, и не будем к ней еще долго.

Редактор: AndreyEx