64-биттік компьютерлік архитектура

Кіріспе

Компьютерлік архитектураның бит ені Компьютерлік архитектурада 64 биттік бүтін сандар, жад адрестері немесе басқа да дерек бірліктері 64 бит енімен сипатталады. Сондай-ақ, 64 биттік орталық процессорлар (CPU) және арифметикалық-логикалық құрылғылар (ALU) процессор тіркелгіштеріне, адрестік шиналарға немесе осы көлемдегі дерек шиналарына негізделген болып табылады. Мұндай процессорды қолданатын компьютер 64 биттік компьютер деп аталады. Бағдарламалық қамтамасыздан қарағанда, 64 биттік есептеу – 64 биттік виртуалды жад адрестерін қолданатын машиналық кодты пайдалануды білдіреді. Дегенмен, барлық 64 биттік командалар жиынтығы 64 биттік виртуалды жад адрестерін қолдамайды; мысалы, x86-64 және AArch64 виртуалды адрестің тек 48 битін ғана қолдайды, ал виртуалды адрестің қалған 16 битінің барлығы нөлдерден (000) немесе бірлерден (111) тұруы керек. Ал кейбір 64 биттік командалар жиынтығы физикалық жад адресінің 64 биттен кемін қолдайды. «64 бит» термині сонымен қатар 64 биттік процессорлардың қалыпты жағдай болып табылатын компьютерлердің буынын сипаттайды. 64 бит – компьютерлік архитектураның, шиналардың, жадтың және CPU-дың белгілі бір кластарын, сондай-ақ оларда жұмыс істейтін бағдарламалық жасақтаманы анықтайтын сөздің мөлшері. 64 биттік CPU-лар 1970 жылдардан бері суперкомпьютерлерде (Cray 1, 1975) және 1990 жылдардың басынан бастап төмендетілген командалар жиынтығына (RISC) негізделген жұмыс станциялары мен серверлерде қолданылып келеді. 2003 жылы 64 биттік CPU-лар x86-64 процессорлары және PowerPC G5 түрінде негізгі PC нарығына енгізілді. 64 биттік тіркелгіш 264 (18 квинтиллионнан астам немесе 1,8 × 1019) әртүрлі мәнді сақтай алады. 64 битте сақталатын бүтін сандардың диапазоны қолданылатын бүтін сандық өрнеуге байланысты. Ең көп таралған екі өрнеу бойынша диапазон (белгісіз) екілік сан ретінде өрнектегенде 0-ден 18 446 744 073 709 551 615-ке дейін (264 − 1) және екілік толықтырғыш ретінде өрнектегенде -9 223 372 036 854 775 808 (-263) -ден 9 223 372 036 854 775 807-ге дейін (263 − 1) болады. Осылайша, 64 биттік жад адрестері бар процессор 264 байтқа (16 эксабайт немесе EiB) байттық жадқа тікелей қол жеткізе алады. Ерекше айтылмаса, 64 биттік компьютерлік архитектурада 64 бит ені бар бүтін сандар мен адрестік тіркелгіштері болады, бұл 64 биттік дерек түрлері мен адрестерді тікелей қолдауға мүмкіндік береді. Алайда, CPU-да сыртқы дерек шиналары немесе тіркелгіштерден өзгеше өлшемдегі адрестік шиналары болуы мүмкін, тіпті одан да үлкен (мысалы, 32 биттік Pentium-да 64 биттік дерек шинасы болған).

Computer architecture bit width

In computer architecture, 64 bit integers, memory addresses, or other data units are those that are 64 bits wide. Also, 64 bit central processing units (CPU) and arithmetic logic units (ALU) are those that are based on processor registers, address buses, or data buses of that size. A computer that uses such a processor is a 64 bit computer. From the software perspective, 64 bit computing means the use of machine code with 64 bit virtual memory addresses. However, not all 64 bit instruction sets support full 64 bit virtual memory addresses; x86 64 and AArch64 for example, support only 48 bits of virtual address, with the remaining 16 bits of the virtual address required to be all zeros (000 ) or all ones (111 ), and several 64 bit instruction sets support fewer than 64 bits of physical memory address. The term 64 bit also describes a generation of computers in which 64 bit processors are the norm. 64 bits is a word size that defines certain classes of computer architecture, buses, memory, and CPUs and, by extension, the software that runs on them. 64 bit CPUs have been used in supercomputers since the 1970s (Cray 1, 1975) and in reduced instruction set computers (RISC) based workstations and servers since the early 1990s. In 2003, 64 bit CPUs were introduced to the mainstream PC market in the form of x86 64 processors and the PowerPC G5. A 64 bit register can hold any of 264 (over 18 quintillion or 1.8×1019) different values. The range of integer values that can be stored in 64 bits depends on the integer representation used. With the two most common representations, the range is 0 through 18,446,744,073,709,551,615 (equal to 264 − 1) for representation as an (unsigned) binary number, and −9,223,372,036,854,775,808 (−263) through 9,223,372,036,854,775,807 (263 − 1) for representation as two's complement. Hence, a processor with 64 bit memory addresses can directly access 264 bytes (16 exbibytes or EiB) of byte addressable memory. With no further qualification, a 64 bit computer architecture generally has integer and addressing registers that are 64 bits wide, allowing direct support for 64 bit data types and addresses. However, a CPU might have external data buses or address buses with different sizes from the registers, even larger (the 32 bit Pentium had a 64 bit data bus, for instance).

Архитектуралық әсерлері

Процессорлық регистрлер әдетте бірнеше топқа бөлінеді: бүтін сан, қозғалатын нүкте, бір команда, көп дерек (SIMD), басқару және көбінесе адрестік арифметика үшін арнайы регистрлер, олар адрестік, индекс немесе базалық регистрлер сияқты әртүрлі қолданыстар мен атауларға ие болуы мүмкін. Дегенмен, қазіргі заманғы құрылымдарда бұл функцияларды көбінесе жалпы мақсаттағы бүтін сандық регистрлер орындайды. Көптеген процессорларда жадтағы деректерді адрестеу үшін тек бүтін сандар немесе адрестік регистрлер ғана қолданылады; басқа типтегі регистрлер қолданылмайды. Сондықтан, бұл регистрлердің мөлшері әдетте тікелей адрестелетін жад көлемін шектейді, тіпті егер кеңірек, мысалы, қозғалатын нүктелік регистрлер болса да. Көптеген жоғары өнімділіктегі 32 биттік және 64 биттік процессорлар (кейбір маңызды ерекшеліктер – ескі немесе кіріктірілген ARM архитектурасы (ARM) және 32 биттік MIPS архитектурасы (MIPS) процессорлары) интеграцияланған, көбінесе, бірақ әрқашан емес, 64 биттік деректерге негізделген қозғалатын нүктелік аппараттық құралдарға ие. Мысалы, x86/x87 архитектурасында 64 биттік (және 32 биттік) қозғалатын нүктелік мәндерді жадқа жүктеуге және сақтауға қабілетті командалар болғанымен, ішкі қозғалатын нүктелік деректер мен регистрлер форматы 80 биттік, ал жалпы мақсаттағы регистрлер 32 биттік. Ал 64 биттік Alpha отбасы 64 биттік қозғалатын нүктелік деректер мен регистрлер форматын және 64 биттік бүтін сандық регистрлерді қолданады.

Тарих

Көптеген компьютерлік нұсқаулар жиынтығы бір бүтін сандық регистрді компьютердің физикалық немесе виртуалды жадының кез келген орнына жад мекенжайын сақтау үшін жасалған. Сондықтан жадқа орналасатын адрестердің жалпы саны көбінесе осы регистрлердің енімен анықталады. 1960 жылдардағы IBM System/360 32 биттік компьютер болды; ол 32 биттік бүтін сандық регистрлерге ие болды, бірақ адрестер үшін тек төменгі 24 битті ғана пайдаланды, нәтижесінде 16 Мб (16 × 10242 байт) адрестік кеңістік пайда болды. 1970 жылдары DEC VAX сияқты 32 биттік суперминикомпьютерлер кең таралды, ал 1980 жылдардың ортасында Motorola 68000 отбасы және Intel 80386 басталатын x86 отбасының 32 биттік мүшелері сияқты 32 биттік микропроцессорлар пайда болды, бұл 32 битті ыңғайлы регистр өлшемі ретінде де-факто консенсусқа айналдырды. 32 биттік адрестік регистр 232 адреске немесе 4 ГБ кездейсоқ сәйкес жадқа (RAM) сілтеме жасауға мүмкіндік берді. Бұл архитектуралар жасалған кезде 4 ГБ жад орнатулардағы әдеттегі көлемнен (4 МБ) әлдеқайда көп болды, сондықтан бұл адрестеу үшін жеткілікті резерв деп есептелді. 4,29 миллиард мекенжай басқа да маңызды себептерге байланысты жұмыс істеу үшін қолайлы мөлшер деп саналды: 4,29 миллиард бүтін сан деректер базасы сияқты қосымшаларда көптеген объектілерге бірегей сілтемелер беруге жеткілікті. 1970 және 1980 жылдардағы Cray 1 сияқты кейбір суперкомпьютерлік архитектуралар 64 битке дейінгі ені бар регистрлерді қолданды және 64 биттік бүтін сандық арифметиканы қолдады, бірақ 64 биттік адрестеуді қолдамады. 1980 жылдардың ортасында Intel i860-тың дамуы басталды және 1989 жылы шығарылды; i860 32 биттік бүтін сандық регистрлерге және 32 биттік адрестеуге ие болды, сондықтан ол толыққанды 64 биттік процессор емес еді, бірақ оның графикалық блогы 64 биттік бүтін сандық арифметиканы қолдады. Дегенмен, 32 биттік стандарт 1990 жылдардың басына дейін қалыпты жағдай болып қалды, сол кезде жадтың құнының үнемі төмендеуі 4 ГБ-қа жуық оперативті жадты орнатуға мүмкіндік берді, ал 4 ГБ шегінен асып түсетін виртуалды жад кеңістіктерін пайдалану белгілі бір мәселелерді шешу үшін қажет болды. Жауап ретінде MIPS және DEC жоғары деңгейдегі жұмыс станциялары мен серверлік машиналар үшін бастапқыда 64 биттік микропроцессор архитектурасын әзірледі. 1990 жылдардың ортасында HAL Computer Systems, Sun Microsystems, IBM, Silicon Graphics және Hewlett Packard өздерінің жұмыс станциялары мен серверлік жүйелері үшін 64 биттік архитектураларды жасады. Бұл үрдіске IBM мейнфреймдері ерекше жатты, олар 32 биттік деректерді және 31 биттік мекенжай өлшемін қолданды; IBM мейнфреймдері 2000 жылға дейін 64 биттік процессорларды қамтыған жоқ. 1990 жылдары тұтынушы электроникасы мен кіріктірілген қосымшаларда арзан 64 биттік микропроцессорлар қолданылды. Атап айтуға болады, Nintendo 64 және PlayStation 2 компьютерлерінде олар жеке компьютерлерде пайда болғанға дейін 64 биттік микропроцессорлар болды. Жоғары деңгейдегі принтерлер, желілік жабдықтар және өнеркәсіптік компьютерлер де Quantum Effect Devices R5000 сияқты 64 биттік микропроцессорларды қолданды. 64 биттік есептеу 2003 жылдан бастап жеке компьютерлерге енді, Apple Macintosh желілеріндегі кейбір модельдер PowerPC 970 процессорларына (Apple G5 деп аталды) ауысқанда және Advanced Micro Devices (AMD) өзінің алғашқы 64 биттік x86 64 процессорын шығарды. Физикалық жад ақырында 32 биттік шектемеге жетті. 2023 жылы ноутбук компьютерлері әдетте 16 ГБ жадпен, ал серверлер 64 ГБ-қа дейін жадпен жабдықталды, бұл 32 биттің 4 ГБ адрестік сыйымдылығынан әлдеқайда көп.

Many computer instruction sets are designed so that a single integer register can store the memory address to any location in the computer's physical or virtual memory. Therefore, the total number of addresses to memory is often determined by the width of these registers. The IBM System/360 of the 1960s was an early 32 bit computer; it had 32 bit integer registers, although it only used the low order 24 bits of a word for addresses, resulting in a 16 MiB (16 × 10242 bytes) address space. 32 bit superminicomputers, such as the DEC VAX, became common in the 1970s, and 32 bit microprocessors, such as the Motorola 68000 family and the 32 bit members of the x86 family starting with the Intel 80386, appeared in the mid 1980s, making 32 bits something of a de facto consensus as a convenient register size. A 32 bit address register meant that 232 addresses, or 4 GiB of random access memory (RAM), could be referenced. When these architectures were devised, 4 GiB of memory was so far beyond the typical amounts (4 MiB) in installations, that this was considered to be enough headroom for addressing. 4.29 billion addresses were considered an appropriate size to work with for another important reason: 4.29 billion integers are enough to assign unique references to most entities in applications like databases. Some supercomputer architectures of the 1970s and 1980s, such as the Cray 1, used registers up to 64 bits wide, and supported 64 bit integer arithmetic, although they did not support 64 bit addressing. In the mid 1980s, Intel i860 development began culminating in a 1989 release; the i860 had 32 bit integer registers and 32 bit addressing, so it was not a fully 64 bit processor, although its graphics unit supported 64 bit integer arithmetic. However, 32 bits remained the norm until the early 1990s, when the continual reductions in the cost of memory led to installations with amounts of RAM approaching 4 GiB, and the use of virtual memory spaces exceeding the 4 GiB ceiling became desirable for handling certain types of problems. In response, MIPS and DEC developed 64 bit microprocessor architectures, initially for high end workstation and server machines. By the mid 1990s, HAL Computer Systems, Sun Microsystems, IBM, Silicon Graphics, and Hewlett Packard had developed 64 bit architectures for their workstation and server systems. A notable exception to this trend were mainframes from IBM, which then used 32 bit data and 31 bit address sizes; the IBM mainframes did not include 64 bit processors until 2000. During the 1990s, several low cost 64 bit microprocessors were used in consumer electronics and embedded applications. Notably, the Nintendo 64 and the PlayStation 2 had 64 bit microprocessors before their introduction in personal computers. High end printers, network equipment, and industrial computers, also used 64 bit microprocessors, such as the Quantum Effect Devices R5000. 64 bit computing started to trickle down to the personal computer desktop from 2003 onward, when some models in Apple's Macintosh lines switched to PowerPC 970 processors (termed G5 by Apple), and Advanced Micro Devices (AMD) released its first 64 bit x86 64 processor. Physical memory eventually caught up with 32 bit limits. In 2023, laptop computers were commonly equipped with 16GB and servers up to 64GB of memory, greatly exceeding the 4GB address capacity of 32 bits.

64-бит деректердің уақыт сызығы

1961 жылы IBM 64 биттік дерек сөздерін және 32 немесе 64 биттік нұсқау сөздерін қолданатын IBM 7030 Stretch суперкомпьютерін жеткізді. 1974 жылы Control Data Corporation 64 биттік сөз архитектурасын қолданатын CDC Star 100 векторлық суперкомпьютерін іске қосты (алдыңғы CDC жүйелері 60 биттік архитектураға негізделген). International Computers Limited компаниясы ICL 2900 сериясын 32 бит, 64 бит және 128 бит екілік толықтырғыш бүтін сандармен; 64 бит және 128 бит қозғалатын нүкте сандарымен; 32 бит, 64 бит және 128 бит жинақталған ондық сандармен және 128 биттік аккумуляторлық тіркегішпен іске қосты. Архитектура ICL және Fujitsu машиналарының тізбегі арқылы сақталды. Соңғысы – Fujitsu Supernova, ол 64 биттік Intel процессорларында бастапқы ортаны эмуляциялайды. 1976 жылы Cray Research 64 биттік сөз архитектурасына негізделген және кейінгі Cray векторлық суперкомпьютерлерінің негізін құрайтын алғашқы Cray 1 суперкомпьютерін жеткізді. 1983 жылы Elxsi 6400 параллельді мини-суперкомпьютерін іске қосты. Elxsi архитектурасында 64 биттік дерек тіркегіштері бар, бірақ 32 биттік адрестік кеңістік бар. 1989 жылы Intel Intel i860 қысқартылған нұсқаулар жиынтығы (RISC) процессорын ұсынды. "64 биттік микропроцессор" деп сатылған бұл құрылғы негізінен 32 биттік архитектураға ие болды, ол 64 биттік бүтін сандық операцияларды орындай алатын 3D графикалық блогымен күшейтілді. 1993 жылы Atari компаниясы архитектурасында 64 биттік кеңдіктегі дерек жолдары бар Atari Jaguar бейне ойын консолін ұсынды.

64- биттік адрестің уақыт сызығы

1991 жылы MIPS Computer Systems MIPS III архитектурасын іске асыратын алғашқы 64 бит микропроцессорды, R4000-ды шығарады. CPU IRIS Crimson-нан бастап SGI графикалық жұмыс станцияларында қолданылады. Kendall Square Research өзінің алғашқы KSR1 суперкомпьютерін OSF/1-ді іске асыратын 64 бит RISC процессор архитектурасы негізінде ұсынады. 1992 жылы Digital Equipment Corporation (DEC) PRISM жобасының нәтижесінде пайда болған таза 64 биттік Alpha архитектурасын енгізеді. 1994 жылы Intel 64 биттік IA 64 архитектурасы (Hewlett Packard компаниясымен бірлесіп әзірленген) 32 биттік IA 32 процессорларының ізбасары ретінде жоспарларын жариялайды. Іске қосу 1998-1999 жылдар аралығында күтілді. 1995 жылы Sun 64 биттік SPARC процессорын, UltraSPARC-ты шығарады. Fujitsu компаниясына тиесілі HAL Computer Systems 64 биттік процессор негізінде жұмыс станцияларын шығарады, HAL-дың тәуелсіз әзірленген бірінші буын SPARC64-і. IBM A10 және A30 микропроцессорларын, алғашқы 64 биттік PowerPC AS процессорларын шығарады. IBM сондай-ақ 64 биттік AS/400 жүйесін жаңартады, ол операциялық жүйені, деректер базасын және қосымшаларды түрлендіре алады. 1996 жылы Nintendo MIPS R4000-ның төмен бағалы нұсқасы негізінде жасалған Nintendo 64 бейне ойын консолін ұсынады. HP өзінің 64 биттік PA RISC 2.0 архитектурасының алғашқы PA 8000-ын шығарады. 1998 жылы IBM толық 64 биттік PowerPC/POWER процессорларының POWER3 желісін шығарады. 1999 жылы Intel IA 64 архитектурасы үшін нұсқаулар жиынтығын жариялайды. AMD IA 32 үшін 64 биттік кеңейтімдер жиынтығын x86 64 (кейін AMD64 деп аталды) деп атайды. 2000 жылы IBM өзінің алғашқы 64 биттік z/Architecture мейнфреймін, zSeries z900-ды шығарады. z/Architecture – 32 биттік ESA/390 архитектурасының 64 биттік нұсқасы, 32 биттік System/360 архитектурасының ұрпағы. 2001 жылы Intel IA 64 процессорлар желісін нарыққа шығарудағы бірнеше кешігулерден кейін ұсынады. Қазір Itanium деп таныстырылып, жоғары деңгейдегі серверлерге бағытталған, сатулар күтілгендей болмайды. 2003 жылы AMD өзінің AMD64 архитектурасына негізделген Opteron және Athlon 64 процессорлар желісін ұсынады, бұл x86 негізіндегі алғашқы 64 биттік процессор архитектурасы. Apple сондай-ақ IBM өндірген 64 биттік "G5" PowerPC 970 процессорын таратады. Intel компаниясы Itanium чиптері тек 64 биттік процессорлар болып қала береді деп мәлімдейді. 2004 жылы Intel AMD-нің нарықтағы табысына жауап ретінде IA 32e (кейін EM64T деп аталды, содан кейін Intel 64 деп қайта аталды) деп аталған AMD64 кеңейтімдерінің клонын жасап жатқанын мойындайды. Intel жаңа 64 биттік нұсқаулар жиынтығын қолдайтын Xeon және Pentium 4 процессорлары отбасыларының жаңартылған нұсқаларын шығарады. VIA Technologies Isaiah 64 биттік процессорын жариялайды. 2006 жылы Sony, IBM және Toshiba PlayStation 3, серверлер, жұмыс станциялары және басқа да құрылғыларда қолдануға арналған 64 биттік Cell процессорларын шығара бастайды. Intel Core 2 Duo-ны өзінің мобильді, үстел және жұмыс станциялары желісі үшін алғашқы кең таралған x86 64 процессоры ретінде ұсынады. Бұрынғы 64 биттік кеңейтім процессорлар желілері тұтынушылар нарығында кеңінен қол жетімді болған жоқ (көптеген 64 биттік Pentium 4 / D OEM болды), 64 биттік Pentium 4, Pentium D және Celeron 2006 жылдың соңына дейін жаппай өндірілмеді (жақсы өнімділік пластиналарының көпшілігі серверлер мен мейнфреймдерге бағытталған, ал негізгі ағым 2006 жылға дейін 130 нм 32 биттік процессорлар желісі болып қала берді) және Core 2 пайда болғаннан кейін жақын арада төменгі деңгейге түсті. AMD өзінің алғашқы 64 биттік мобильді процессорын шығарып, 90 нм технологиясымен өндірді. 2011 жылы ARM Holdings ARM архитектурасының алғашқы 64 биттік нұсқасы ARMv8 A-ны жариялайды. 2012 жылы ARM Holdings 2012 жылдың 30 қазанында 64 биттік архитектураға негізделген алғашқы ядролары Cortex A53 және Cortex A57 ядроларын жариялайды. 2013 жылы Apple әлемдегі алғашқы 64 биттік процессоры бар смартфон iPhone 5S-ты жариялайды, ол iPad Air және iPad Mini 2 сияқты чипте A7 ARMv8 A негізделген жүйесін қолданады, бұл әлемдегі алғашқы 64 биттік планшеттік процессор. 2014 жылы Google 64 биттік Tegra K1 чипінде жұмыс істейтін алғашқы Android құрылғысы Nexus 9 планшетін жариялайды. 2015 жылы Apple 64 биттік процессорды пайдаланатын алғашқы iPod Touch A8 ARMv8 A негізделген жүйесімен iPod Touch (6-шы буын) және әлемдегі алғашқы 64 биттік процессормен Apple TV (4-ші буын) ұсынады. 2018 жылы Apple чипте 64 биттік S4 ARMv8 A процессорын негіздеген алғашқы Apple Watch – Apple Watch Series 4-ті жариялайды. 2020 жылы Synopsis ARC ISA-ның алғашқы 64 биттік нұсқасы ARCv3 ISA-ны жариялайды.

1991 MIPS Computer Systems produces the first 64 bit microprocessor, the R4000, which implements the MIPS III architecture, the third revision of its MIPS architecture. The CPU is used in SGI graphics workstations starting with the IRIS Crimson. Kendall Square Research deliver their first KSR1 supercomputer, based on a proprietary 64 bit RISC processor architecture running OSF/1. 1992 Digital Equipment Corporation (DEC) introduces the pure 64 bit Alpha architecture which was born from the PRISM project. 1994 Intel announces plans for the 64 bit IA 64 architecture (jointly developed with Hewlett Packard) as a successor to its 32 bit IA 32 processors. A 1998 to 1999 launch date was targeted. 1995 Sun launches a 64 bit SPARC processor, the UltraSPARC. Fujitsu owned HAL Computer Systems launches workstations based on a 64 bit CPU, HAL's independently designed first generation SPARC64. IBM releases the A10 and A30 microprocessors, the first 64 bit PowerPC AS processors. IBM also releases a 64 bit AS/400 system upgrade, which can convert the operating system, database and applications. 1996 Nintendo introduces the Nintendo 64 video game console, built around a low cost variant of the MIPS R4000. HP releases the first implementation of its 64 bit PA RISC 2.0 architecture, the PA 8000. 1998 IBM releases the POWER3 line of full 64 bit PowerPC/POWER processors. 1999 Intel releases the instruction set for the IA 64 architecture. AMD publicly discloses its set of 64 bit extensions to IA 32, called x86 64 (later branded AMD64). 2000 IBM ships its first 64 bit z/Architecture mainframe, the zSeries z900. z/Architecture is a 64 bit version of the 32 bit ESA/390 architecture, a descendant of the 32 bit System/360 architecture. 2001 Intel ships its IA 64 processor line, after repeated delays in getting to market. Now branded Itanium and targeting high end servers, sales fail to meet expectations. 2003 AMD introduces its Opteron and Athlon 64 processor lines, based on its AMD64 architecture which is the first x86 based 64 bit processor architecture. Apple also ships the 64 bit "G5" PowerPC 970 CPU produced by IBM. Intel maintains that its Itanium chips would remain its only 64 bit processors. 2004 Intel, reacting to the market success of AMD, admits it has been developing a clone of the AMD64 extensions named IA 32e (later renamed EM64T, then yet again renamed to Intel 64). Intel ships updated versions of its Xeon and Pentium 4 processor families supporting the new 64 bit instruction set. VIA Technologies announces the Isaiah 64 bit processor. 2006 Sony, IBM, and Toshiba begin manufacturing the 64 bit Cell processor for use in the PlayStation 3, servers, workstations, and other appliances. Intel released Core 2 Duo as the first mainstream x86 64 processor for its mobile, desktop, and workstation line. Prior 64 bit extension processor lines were not widely available in the consumer retail market (most of 64 bit Pentium 4/D were OEM), 64 bit Pentium 4, Pentium D, and Celeron were not into mass production until late 2006 due to poor yield issue (most of good yield wafers were targeted at server and mainframe while mainstream still remain 130 nm 32 bit processor line until 2006) and soon became low end after Core 2 debuted. AMD released their first 64 bit mobile processor and manufactured in 90 nm. 2011 ARM Holdings announces ARMv8 A, the first 64 bit version of the ARM architecture family. 2012 ARM Holdings announced their Cortex A53 and Cortex A57 cores, their first cores based on their 64 bit architecture, on 30 October 2012. 2013Apple announces the iPhone 5S, with the world's first 64 bit processor in a smartphone, which uses their A7 ARMv8 A based system on a chip alongside the iPad Air and iPad Mini 2 which are the world's first 64 bit processor in a tablet. 2014Google announces the Nexus 9 tablet, the first Android device to run on the 64 bit Tegra K1 chip. 2015Apple announces the iPod Touch (6th generation), the first iPod Touch to use the 64 bit processor A8 ARMv8 A based system on a chip alongside the Apple TV (4th generation) which is the world's first 64 bit processor in an Apple TV. 2018Apple announces the Apple Watch Series 4, the first Apple Watch to use the 64 bit processor S4 ARMv8 A based system on a chip. 2020Synopsis announce the ARCv3 ISA, the first 64 bit version of the ARC ISA.

64-бит операциялық жүйенің уақыт сызығы

1985 жылы Cray Unix операциялық жүйесінің алғашқы 64 биттік UNICOS-ын шығарды. 1993 жылы DEC Alpha архитектурасына негізделген жүйелері үшін 64 биттік DEC OSF/1 AXP Unix сияқты операциялық жүйені (кейін Tru64 UNIX деп қайта аталды) шығарды. 1994 жылы Silicon Graphics компаниясы IRIX операциялық жүйесінің 6.0 нұсқасына R8000 процессорына қолдауды қосты. 1995 жылы DEC OpenVMS 7.0-ді, OpenVMS-тің Alpha үшін алғашқы толық 64 биттік нұсқасын шығарды. Альфа архитектурасы үшін алғашқы 64 биттік Linux дистрибуциясы шығарылды. 1996 жылы Silicon Graphics компаниясы IRIX операциялық жүйесінің 6.2 нұсқасына 64 биттік режимдегі R4x00 процессорларын қосты. 1998 жылы Sun компаниясы 64 биттік UltraSPARC-ты толық қолдауымен Solaris 7-ді шығарды. 2000 жылы IBM zSeries 64 биттік мейнфреймдер үшін MVS-тен тараған 64 биттік операциялық жүйе z/OS-ты шығарды; z жүйелеріндегі 64 биттік Linux процессор шығарылымын дереу іске қосты. 2001 жылы Linux x86 64-ті толық қолдайтын алғашқы OS ядросы болды (симуляторда, өйткені x86 64 процессорлары әлі шығарылмаған). 2001 жылы Microsoft Windows XP 64 Bit Edition-ды Itanium-ның IA 64 архитектурасы үшін шығарды; ол 32 биттік бағдарламаларды орындау қабаты арқылы іске қоса алады. 2003 жылы Apple компаниясы Mac OS X 10.3 "Panther" операциялық жүйесін шығарды, ол PowerPC 970 процессорларында 64 биттік бүтін сандар арифметикасын қолдайды. Бірнеше Linux дистрибутивтері AMD64-ті қолдаумен шығарылды. FreeBSD AMD64-ті қолдаумен шығарылды. 2005 жылдың 4 қаңтарында Microsoft Windows XP 64 Bit Edition-ды тоқтатты, өйткені IA 64 процессорлары бар компьютерлер өткен қыркүйектен бері қолжетімді емес еді және оны алмастыру үшін Windows-тың x86 64 нұсқаларын жасап жатқанын хабарлады. 31 қаңтарда Sun AMD64 және EM64T процессорларын қолдауымен Solaris 10-ды шығарды. 29 сәуірде Apple Mac OS X 10.4 "Tiger" бағдарламасын шығарды, ол PowerPC 970 процессорлары бар машиналарда 64 биттік командалық жол қолданбаларын шектеулі түрде қолдайды; Intel-ге негізделген Mac-тер үшін кейінгі нұсқалар EM64T процессорлары бар Mac-терде 64 биттік командалық жол қолданбаларын қолдайды. 30 сәуірде Microsoft AMD64 және EM64T процессорлары үшін Windows XP Professional x64 Edition және Windows Server 2003 x64 Edition бағдарламаларын шығарды. 2006 жылы Microsoft Windows Vista-ны шығарды, оның ішінде AMD64/EM64T процессорлары үшін 64 биттік нұсқасы 32 биттік үйлесімділікті сақтайды. 64 биттік нұсқада барлық Windows қолданбалары мен компоненттері 64 биттік, бірақ олардың көпшілігі 32 биттік нұсқаларын плагиндермен үйлесімділік үшін қосады. 2007 жылы Apple Mac OS X 10.5 "Leopard" бағдарламасын шығарды, ол PowerPC 970 немесе EM64T процессорлары бар машиналарда 64 биттік қолданбаларды толық қолдайды. 2009 жылы Microsoft Windows 7-ді шығарды, Windows Vista сияқты AMD64 / Intel 64 процессорлары үшін толық 64 биттік нұсқаны қамтиды; көптеген жаңа компьютерлер әдетте 64 биттік нұсқамен жүктеледі. Microsoft сонымен қатар Windows Server 2008 R2-ні шығарды, бұл тек 64 биттік серверлік операциялық жүйе. Apple Mac OS X 10.6 "Snow Leopard" бағдарламасын шығарды, ол AMD64/Intel64 процессорлары үшін 64 биттік ядромен бірге шығарылады, бірақ тек Apple компьютерлерінің кейбір соңғы модельдері 64 биттік ядроны әдеттегідей іске қосады. Mac OS X 10.6 бағдарламасының көпшілігі 64 биттік болып табылады. 2013 жылы Apple iOS 7-ді шығарды, ол AArch64 процессорлары бар машиналарда 64 биттік бағдарламаларды қолдайтын 64 биттік ядроға ие. 2014 жылы Google Android Lollipop-ты шығарды, бұл Android операциялық жүйесінің 64 биттік процессорларды қолдайтын алғашқы нұсқасы. 2017 жылы Apple iOS 11 жүйесін шығарды, тек AArch64 процессорлары бар машиналарды қолдайды. 64 биттік ядросы бар, ол тек 64 биттік қолданбаларды қолдайды. 32 биттік қолданбалар енді үйлесімсіз. 2018 жылы Apple watchOS 5-ті шығарды, бұл watchOS-тің 64 биттік қолдауды ұсынатын алғашқы нұсқасы. 2019 жылы Apple macOS 10.15 "Catalina" бағдарламасын шығарды, 32 биттік Intel бағдарламаларын қолдауды тоқтатты. 2021 жылдың 5 қазанында Microsoft Windows 11-ді шығарды, ол тек 64 биттік жүйелерді қолдайды, IA 32 жүйелерін қолдауды тоқтатты. 2022 жылы Google Pixel 7-ді шығарды, ол 64 бит емес қолданбаларды қолдауды тоқтатты. Apple watchOS 9 нұсқасын шығарды, бұл watchOS-тің бірінші нұсқасы, ол тек 64 биттік процессорлы Apple Watch модельдерінде (оның ішінде Apple Watch Series 4 немесе одан жаңа, Apple Watch SE (1-ші буын) немесе одан жаңа және жаңадан енгізілген Apple Watch Ultra) жұмыс істейді. Apple Watch Series 3 соңғы 32 биттік процессоры бар Apple Watch моделі ретінде қолдауды тоқтатты.

1985 Cray releases UNICOS, the first 64 bit implementation of the Unix operating system. 1993 DEC releases the 64 bit DEC OSF/1 AXP Unix like operating system (later renamed Tru64 UNIX) for its systems based on the Alpha architecture. 1994 Support for the R8000 processor is added by Silicon Graphics to the IRIX operating system in release 6.0. 1995 DEC releases OpenVMS 7.0, the first full 64 bit version of OpenVMS for Alpha. First 64 bit Linux distribution for the Alpha architecture is released. 1996 Support for the R4x00 processors in 64 bit mode is added by Silicon Graphics to the IRIX operating system in release 6.2. 1998 Sun releases Solaris 7, with full 64 bit UltraSPARC support. 2000 IBM releases z/OS, a 64 bit operating system descended from MVS, for the new zSeries 64 bit mainframes; 64 bit Linux on z Systems follows the CPU release almost immediately. 2001 Linux becomes the first OS kernel to fully support x86 64 (on a simulator, as no x86 64 processors had been released yet). 2001 Microsoft releases Windows XP 64 Bit Edition for the Itanium's IA 64 architecture; it could run 32 bit applications through an execution layer. 2003 Apple releases its Mac OS X 10.3 "Panther" operating system which adds support for native 64 bit integer arithmetic on PowerPC 970 processors. Several Linux distributions release with support for AMD64. FreeBSD releases with support for AMD64. 2005 On January 4, Microsoft discontinues Windows XP 64 Bit Edition, as no PCs with IA 64 processors had been available since the previous September, and announces that it is developing x86 64 versions of Windows to replace it. On January 31, Sun releases Solaris 10 with support for AMD64 and EM64T processors. On April 29, Apple releases Mac OS X 10.4 "Tiger" which provides limited support for 64 bit command line applications on machines with PowerPC 970 processors; later versions for Intel based Macs supported 64 bit command line applications on Macs with EM64T processors. On April 30, Microsoft releases Windows XP Professional x64 Edition and Windows Server 2003 x64 Edition for AMD64 and EM64T processors. 2006 Microsoft releases Windows Vista, including a 64 bit version for AMD64/EM64T processors that retains 32 bit compatibility. In the 64 bit version, all Windows applications and components are 64 bit, although many also have their 32 bit versions included for compatibility with plug ins. 2007 Apple releases Mac OS X 10.5 "Leopard", which fully supports 64 bit applications on machines with PowerPC 970 or EM64T processors. 2009 Microsoft releases Windows 7, which, like Windows Vista, includes a full 64 bit version for AMD64/Intel 64 processors; most new computers are loaded by default with a 64 bit version. Microsoft also releases Windows Server 2008 R2, which is the first 64 bit only server operating system. Apple releases Mac OS X 10.6, "Snow Leopard", which ships with a 64 bit kernel for AMD64/Intel64 processors, although only certain recent models of Apple computers will run the 64 bit kernel by default. Most applications bundled with Mac OS X 10.6 are now also 64 bit. 2013 Apple releases iOS 7, which, on machines with AArch64 processors, has a 64 bit kernel that supports 64 bit applications. 2014 Google releases Android Lollipop, the first version of the Android operating system with support for 64 bit processors. 2017 Apple releases iOS 11, supporting only machines with AArch64 processors. It has a 64 bit kernel that only supports 64 bit applications. 32 bit applications are no longer compatible. 2018 Apple releases watchOS 5, the first watchOS version to bring the 64 bit support. 2019 Apple releases macOS 10.15 "Catalina", dropping support for 32 bit Intel applications. 2021 Microsoft releases Windows 11 on October 5, which only supports 64 bit systems, dropping support for IA 32 systems. 2022 Google releases the Pixel 7, which drops support for non 64 bit applications. Apple releases watchOS 9, the first watchOS version to run exclusively on the Apple Watch models with 64 bit processors (including Apple Watch Series 4 or newer, Apple Watch SE (1st generation) or newer and the newly introduced Apple Watch Ultra), dropping support for Apple Watch Series 3 as the final Apple Watch model with 32 bit processor.

Өңдеушілердің шектері

64 биттік микропроцессор 16 ЭБ (16 × 10246 = 264 = 18 446 744 073 709 551 616 байт немесе шамамен 18,4 эксабайт) жадты мекенжайлай алады. Дегенмен, барлық нұсқаулар жиынтығы және осы нұсқаулар жиынтығын іске асыратын барлық процессорлар толық 64 биттік виртуалды немесе физикалық адрестік кеңістікті қолдамайды. x86 64 архитектурасы (2016 жылғы дерек бойынша) виртуалды жад үшін 48 битке және кез келген процессор үшін физикалық жад үшін 52 битке дейін мүмкіндік береді. Бұл шектер 256 ТиБ (256 × 10244 байт) және 4 ПиБ (4 × 10245 байт) жад көлемін қамтамасыз етеді. Қазіргі уақытта компьютерде 4 пебибайт жад орнату мүмкін емес (жад чиптерінің физикалық өлшеміне байланысты), бірақ AMD үлкен серверлерді, ортақ жад кластерлерін және физикалық адрестік кеңістіктің басқа да қолданыстарын қарастырды, олар жақын болашақта осы деңгейге жақындауы мүмкін. Осылайша, 52 биттік физикалық мекенжай кеңейтуге жеткілікті мүмкіндік береді, сонымен қатар толық 64 биттік физикалық мекенжайларды іске асырудың қосымша шығындары болмайды. Сол сияқты, 48 биттік виртуалды адрестік кеңістік 4 ГиБ (4 × 10243 байт) 32 биттік шегінен 65 536 (216) есе артық қамтамасыз ету үшін жобаланған, бұл кейінірек кеңейтуге мүмкіндік береді және толық 64 биттік мекенжайларды аударудың артық шығындарына ұшырамайды. Power ISA v3.0 виртуалды жад үшін 64 битті, ал сегменттелген мекенжайға сәйкестендірілген тиімді мекенжай үшін 65 пен 78 бит аралығында мүмкіндік береді, ал кез келген процессор үшін физикалық жад үшін 60 битке дейін мүмкіндік береді. Oracle SPARC Architecture 2015 виртуалды жад үшін 64 битті және кез келген процессор үшін физикалық жад үшін 40 мен 56 бит аралығында мүмкіндік береді. ARM AArch64 виртуалды жады жүйесінің архитектурасы виртуалды жад үшін 48 битті және кез келген процессор үшін физикалық жад үшін 32-ден 48 битке дейін мүмкіндік береді. DEC Alpha спецификациясы виртуалды жады адрестік кеңістігінің кемінде 43 битін (8 ТиБ) қолдауды талап етеді, сондай-ақ қалған қолдаусыз биттер нөлге тең болса, аппараттық тексеру және тоқтату қажет (болашақтағы процессорларда үйлесімділікті сақтау үшін). Alpha 21064 виртуалды жады мекенжай кеңістігінің 43 битін (8 ТиБ) және физикалық жады мекенжай кеңістігінің 34 битін (16 ГиБ) қолдады. Alpha 21164 виртуалды жады адрестік кеңістігінің 43 битін (8 ТиБ) және физикалық жады адрестік кеңістігінің 40 битін (1 ТиБ) қолдады. Alpha 21264 пайдаланушы конфигурациялайтын 43 немесе 48 бит виртуалды жады адрестік кеңістігін (8 ТиБ немесе 256 ТиБ) және 44 бит физикалық жады адрестік кеңістігін (16 ТиБ) қолдады.

In principle, a 64 bit microprocessor can address 16 EiB (16 × 10246 = 264 = 18,446,744,073,709,551,616 bytes, or about 18.4 exabytes) of memory. However, not all instruction sets, and not all processors implementing those instruction sets, support a full 64 bit virtual or physical address space. The x86 64 architecture (as of 2016) allows 48 bits for virtual memory and, for any given processor, up to 52 bits for physical memory. These limits allow memory sizes of 256 TiB (256 × 10244 bytes) and 4 PiB (4 × 10245 bytes), respectively. A PC cannot currently contain 4 pebibytes of memory (due to the physical size of the memory chips), but AMD envisioned large servers, shared memory clusters, and other uses of physical address space that might approach this in the foreseeable future. Thus the 52 bit physical address provides ample room for expansion while not incurring the cost of implementing full 64 bit physical addresses. Similarly, the 48 bit virtual address space was designed to provide 65,536 (216) times the 32 bit limit of 4 GiB (4 × 10243 bytes), allowing room for later expansion and incurring no overhead of translating full 64 bit addresses. The Power ISA v3.0 allows 64 bits for an effective address, mapped to a segmented address with between 65 and 78 bits allowed, for virtual memory, and, for any given processor, up to 60 bits for physical memory. The Oracle SPARC Architecture 2015 allows 64 bits for virtual memory and, for any given processor, between 40 and 56 bits for physical memory. The ARM AArch64 Virtual Memory System Architecture allows 48 bits for virtual memory and, for any given processor, from 32 to 48 bits for physical memory. The DEC Alpha specification requires minimum of 43 bits of virtual memory address space (8 TiB) to be supported, and hardware need to check and trap if the remaining unsupported bits are zero (to support compatibility on future processors). Alpha 21064 supported 43 bits of virtual memory address space (8 TiB) and 34 bits of physical memory address space (16 GiB). Alpha 21164 supported 43 bits of virtual memory address space (8 TiB) and 40 bits of physical memory address space (1 TiB). Alpha 21264 supported user configurable 43 or 48 bits of virtual memory address space (8 TiB or 256 TiB) and 44 bits of physical memory address space (16 TiB).

Бағдарламалық қамтамасыз етудің қол жетімділігі

64 биттік x86 негізіндегі жүйелерде кейде 32 биттік архитектуралар үшін жазылған бағдарламалық қамтамасыздымалардың баламалары жоқ. Microsoft Windows-тағы ең маңызды мәселе – ескірген аппараттық құрылғыларға арналған үйлесімсіз драйверлер. Көптеген 32 биттік қолданбалы бағдарламалық қамтамасыздыма 64 биттік операциялық жүйеде үйлесімділік режимінде, яғни эмуляция режимінде жұмыс істей алады, мысалы, IA 64 және AMD64 үшін Microsoft WoW64 технологиясы. 64 биттік Windows Native Mode драйверлік ортасы 64 биттік, ол 32 биттік Win32 жүйелік кодын шақыра алмайды (көбінесе Winprinter сияқты, пайдаланушы режиміндегі бағдарламалық қамтамасыздымада нақты аппараттық функциясы эмуляцияланатын құрылғылар). Көптеген құрылғылар үшін 64 биттік драйверлер 2007 жылдың басына дейін (Vista x64) қолжетімді болмағандықтан, Windows-тың 64 биттік нұсқасын пайдалану қиындық тудырды. Алайда, бұл тенденция 64 биттік есептеулерге қарай жылжыды, әсіресе жад бағасы төмендегенде және 4 ГБ-тан астам RAM пайдалану жиілегенде. Көптеген өндірушілер жаңа құрылғыларға 32 биттік және 64 биттік драйверлерді ұсына бастады, сондықтан 64 биттік драйверлердің жетіспеуі мәселе болмай қалды. Көптеген ескі құрылғыларға 64 биттік драйверлер ұсынылмады, сондықтан оларды 64 биттік жүйелерде қолдану мүмкін болмады. Драйверлердің үйлесімділігі ашық кодты драйверлер үшін аз мәселе болды, себебі 32 биттік драйверлерді 64 биттік пайдалану үшін өзгертуге болады. 2007 жылдың басына дейін жасалған аппараттық құралдарды қолдау ашық кодты платформалар үшін қиын болды, себебі пайдаланушылардың саны салыстырмалы түрде аз болды. Windows-тың 64 биттік нұсқалары 16 биттік бағдарламалық қамтамасыздыманы іске қоса алмайды. Дегенмен, көптеген 32 биттік қолданбалар жақсы жұмыс істейді. 64 биттік пайдаланушылар 16 немесе 32 биттік операциялық жүйенің виртуалды машинасының көмегімен 16 биттік қолданбаларды іске қосуға немесе NTVDM-ге баламаларын пайдалануға мәжбүр. Mac OS X 10.4 "Tiger" және Mac OS X 10.5 "Leopard" тек 32 биттік ядроға ие болды, бірақ олар 64 биттік процессорларда 64 биттік пайдаланушы режиміндегі кодты іске қоса алады. Mac OS X 10.6 "Snow Leopard" 32 және 64 биттік ядроларға ие болды және көптеген Mac-терде 64 биттік процессорларда да 32 биттік ядроны пайдаланды. Бұл Mac-терге 64 биттік процестерді қолдауға, сонымен қатар 32 биттік құрылғы драйверлерін қолдауға мүмкіндік берді, бірақ 64 биттік драйверлер мен олармен байланысты өнімділік артықшылықтары болмады. Mac OS X 10.7 "Lion" 64 биттік ядромен көптеген Mac-терде жұмыс істеді, ал OS X 10.8 "Mountain Lion" және одан кейінгі macOS нұсқаларында тек 64 биттік ядро бар. 64 биттік процессорлары бар жүйелерде 32 және 64 биттік macOS ядролары 32 биттік пайдаланушы режиміндегі кодты іске қоса алады, ал macOS Mojave (10.14) нұсқасына дейінгі барлық macOS нұсқаларында 32 биттік қолданбалар пайдаланатын кітапханалардың 32 биттік нұсқалары бар, сондықтан macOS үшін 32 биттік пайдаланушы режиміндегі бағдарламалық қамтамасыздыма сол жүйелерде жұмыс істейді. Apple компаниясы macOS Catalina (10.15) жүйесінде 32 биттік кітапханаларды алып тастады. Linux және көптеген басқа Unix сияқты операциялық жүйелер, сондай-ақ оларға арналған C және C++ құралдар жиынтығы 64 биттік процессорларды көп жылдар бойы қолдады. Бұл платформалар үшін көптеген қолданбалар мен кітапханалар ашық кодты бағдарламалық қамтамасыздыма болып табылады, олар C және C++ тілдерінде жазылған, сондықтан егер олар 64 биттік қауіпсіз болса, оларды 64 биттік нұсқаларға компиляциялауға болады. Бұл кодтық негіздегі тарату моделі, жиі шығарылатын нұсқаларға баса назар аудара отырып, осы операциялық жүйелер үшін қолданбалы бағдарламалық қамтамасыздыманың қолжетімділігін азайтады.

x86 based 64 bit systems sometimes lack equivalents of software that is written for 32 bit architectures. The most severe problem in Microsoft Windows is incompatible device drivers for obsolete hardware. Most 32 bit application software can run on a 64 bit operating system in a compatibility mode, also termed an emulation mode, e. g., Microsoft WoW64 Technology for IA 64 and AMD64. The 64 bit Windows Native Mode driver environment runs atop 64 bit , which cannot call 32 bit Win32 subsystem code (often devices whose actual hardware function is emulated in user mode software, like Winprinters). Because 64 bit drivers for most devices were unavailable until early 2007 (Vista x64), using a 64 bit version of Windows was considered a challenge. However, the trend has since moved toward 64 bit computing, more so as memory prices dropped and the use of more than 4 GiB of RAM increased. Most manufacturers started to provide both 32 bit and 64 bit drivers for new devices, so unavailability of 64 bit drivers ceased to be a problem. 64 bit drivers were not provided for many older devices, which could consequently not be used in 64 bit systems. Driver compatibility was less of a problem with open source drivers, as 32 bit ones could be modified for 64 bit use. Support for hardware made before early 2007, was problematic for open source platforms, due to the relatively small number of users. 64 bit versions of Windows cannot run 16 bit software. However, most 32 bit applications will work well. 64 bit users are forced to install a virtual machine of a 16 or 32 bit operating system to run 16 bit applications or use one of the alternatives for NTVDM. Mac OS X 10.4 "Tiger" and Mac OS X 10.5 "Leopard" had only a 32 bit kernel, but they can run 64 bit user mode code on 64 bit processors. Mac OS X 10.6 "Snow Leopard" had both 32 and 64 bit kernels, and, on most Macs, used the 32 bit kernel even on 64 bit processors. This allowed those Macs to support 64 bit processes while still supporting 32 bit device drivers; although not 64 bit drivers and performance advantages that can come with them. Mac OS X 10.7 "Lion" ran with a 64 bit kernel on more Macs, and OS X 10.8 "Mountain Lion" and later macOS releases only have a 64 bit kernel. On systems with 64 bit processors, both the 32 and 64 bit macOS kernels can run 32 bit user mode code, and all versions of macOS up to macOS Mojave (10.14) include 32 bit versions of libraries that 32 bit applications would use, so 32 bit user mode software for macOS will run on those systems. The 32 bit versions of libraries have been removed by Apple in macOS Catalina (10.15). Linux and most other Unix like operating systems, and the C and C++ toolchains for them, have supported 64 bit processors for many years. Many applications and libraries for those platforms are open source software, written in C and C++, so that if they are 64 bit safe, they can be compiled into 64 bit versions. This source based distribution model, with an emphasis on frequent releases, makes availability of application software for those operating systems less of an issue.

64 биттік деректер үлгілері

32 биттік бағдарламаларда көрсеткіштер мен бүтін сандар сияқты дерек түрлері әдетте бірдей ұзындықта болады. Бұл 64 биттік машиналарда міндетті түрде дұрыс емес. C және оның C++, Objective C сияқты ұрпақтары сияқты бағдарламалау тілдерінде дерек түрлерін араластыру 32 биттік нұсқаларда жұмыс істесе, 64 биттік нұсқаларда жұмыс істемей қалуы мүмкін. 64 биттік машиналардағы C және C-ден туындаған тілдер үшін көптеген бағдарламалау орталарында int айнымалылары әлі де 32 бит, ал ұзын бүтін сандар мен көрсеткіштер 64 бит болады. Бұл LP64 дерек моделі деп аталады, ол "Long, Pointer, 64" дегеннің қысқартылған түрі. Басқа модельдердің бірі – барлық үш дерек түрі 64 бит енімен болатын ILP64 дерек моделі.

In 32 bit programs, pointers and data types such as integers generally have the same length. This is not necessarily true on 64 bit machines. Mixing data types in programming languages such as C and its descendants such as C++ and Objective C may thus work on 32 bit implementations but not on 64 bit implementations. In many programming environments for C and C derived languages on 64 bit machines, int variables are still 32 bits wide, but long integers and pointers are 64 bits wide. These are described as having an LP64 data model, which is an abbreviation of "Long, Pointer, 64". Other models are the ILP64 data model in which all three data types are 64 bits wide,

+ 64 bit data models Datamodel Pointer, Sample operating systems ILP32 16 32 32 64 32 x32 and ABIs on Linux systems; MIPS N32 ABI. LLP64 16 32 32 64 64 Microsoft Windows (x86 64, IA 64, and ARM64) using Visual C++; and MinGW LP64 16 32 64 64 64 Most Unix and Unix like systems, e. g., Solaris, Linux, BSD, macOS. Windows when using Cygwin; z/OS ILP64 16 64 64 64 64 HAL Computer Systems port of Solaris to the SPARC64 SILP64 64 64 64 64 64 Classic UNICOS (versus UNICOS/mp, etc.) Many 64 bit platforms today use an LP64 model (including Solaris, AIX, HP UX, Linux, macOS, BSD, and IBM z/OS). Microsoft Windows uses an LLP64 model. The disadvantage of the LP64 model is that storing a long into an int truncates. On the other hand, converting a pointer to a long will "work" in LP64. In the LLP64 model, the reverse is true. These are not problems which affect fully standard compliant code, but code is often written with implicit assumptions about the widths of data types. C code should prefer (u)intptr t instead of long when casting pointers into integer objects. A programming model is a choice made to suit a given compiler, and several can coexist on the same OS. However, the programming model chosen as the primary model for the OS application programming interface (API) typically dominates. Another consideration is the data model used for device drivers. Drivers make up the majority of the operating system code in most modern operating systems (although many may not be loaded when the operating system is running). Many drivers use pointers heavily to manipulate data, and in some cases have to load pointers of a certain size into the hardware they support for direct memory access (DMA). As an example, a driver for a 32 bit PCI device asking the device to DMA data into upper areas of a 64 bit machine's memory could not satisfy requests from the operating system to load data from the device to memory above the 4 gibibyte barrier, because the pointers for those addresses would not fit into the DMA registers of the device. This problem is solved by having the OS take the memory restrictions of the device into account when generating requests to drivers for DMA, or by using an input–output memory management unit (IOMMU).

+ 64 биттік дерек модельдері

| Datamodel | Pointer | Үлгі операциялық жүйелер |
|---|---|---|
| ILP32 | 16 | 32 | 32 | 64 | 32 x32 және Linux жүйелеріндегі ABI; MIPS N32 ABI |
| LLP64 | 16 | 32 | 32 | 64 | 64 Microsoft Windows (x86 64, IA 64 және ARM64) Visual C++ және MinGW қолданады |
| LP64 | 16 | 32 | 64 | 64 | 64 Unix және Unix-қа ұқсас жүйелердің көпшілігі, мысалы, Solaris, Linux, BSD, macOS. Windows Cygwin қолданғанда; z/OS |
| ILP64 | 16 | 64 | 64 | 64 | 64 HAL Компьютерлік жүйелер Solaris-ті SPARC64-ке порттау |
| SILP64 | 64 | 64 | 64 | 64 | 64 Classic UNICOS (UNICOS/mp және т.б. қарсы) |

Көптеген 64 биттік платформалар бүгінде LP64 моделін қолданады (соның ішінде Solaris, AIX, HP UX, Linux, macOS, BSD және IBM z/OS). Microsoft Windows LLP64 моделін қолданады. LP64 моделінің кемшілігі – ұзын санды int-ке сақтағанда оның мәні қысқаруы мүмкін. Ал керісінше, көрсеткішті ұзын санға түрлендіру LP64-те жұмыс істейді. LLP64 моделінде бұл керісінше дұрыс. Бұл мәселелер толық стандартқа сәйкес келетін кодқа әсер етпейді, бірақ код көбінесе дерек түрлерінің ені туралы жасырын болжамдармен жазылады. Сондықтан C кодында көрсеткіштерді бүтін санға түрлендіргенде (u)intptr_t қолдану ұсынылады, long емес. Бағдарламалау моделі – берілген компиляторға сәйкес таңдалған нұсқау, және бірнеше модель бір операциялық жүйеде бірге болуы мүмкін. Дегенмен, операциялық жүйенің қолданбалық бағдарламалау интерфейсі (API) үшін негізгі модель ретінде таңдалған бағдарламалау моделі әдетте басым болады. Тағы бір маңызды мәселе – құрылғы драйверлері үшін қолданылатын дерек моделі. Драйверлер операциялық жүйенің кодтарының көп бөлігін құрайды (бірақ олардың көп бөлігі операциялық жүйе жұмыс істеп тұрғанда жүктелмеуі мүмкін). Көптеген драйверлер деректерді өңдеу үшін көрсеткіштерді жиі пайдаланады және кейбір жағдайларда тікелей жадқа қол жеткізу (DMA) үшін қолдайтын жабдыққа белгілі бір өлшемдегі көрсеткіштерді жүктеуі керек. Мысалы, 32 биттік PCI құрылғысының драйвері 64 биттік машинаның жадының жоғарғы бөлігіне DMA деректерін жүктеуді сұраса, ол 4 гибибайт шегінен жоғары жадқа деректерді жүктеу үшін операциялық жүйенің сұраныстарын қанағаттандыра алмайды, себебі осы мекенжайларға арналған көрсеткіштер құрылғының DMA тіркелгіштеріне сыймайды. Бұл мәселені DMA үшін драйверлерге сұрау салуларды жасау кезінде OS құрылғының жад шектеулерін есепке алу арқылы немесе кіріс-шығыс жады басқару блогын (IOMMU) пайдалану арқылы шешуге болады.