Введение. Архитектура x86-64 под скальпелем ассемблерщика

Рис. 2. 4

[1] 1 пт = 1/72 дюйма

Архитектура x86-64 под скальпелем ассемблерщика

крис касперски ака мыщъх no-email

Битная эпоха уходит в прошлое, сдаваясь под натиском новых идей и платформ. оба флагмана рынка (Intel и AMD) представили 64-битные архитектуры, открывающие дверь в мир больших скоростей и производительных ЦП. это настоящий прорыв — новые регистры, новые режимы работы… попробуем с ним разобраться? в этой статье мы рассмотрим архитектуру AMD64 (она же x86-64) и покажем как с ней бороться.

введение

64-битный лейбл звучит возбуждающе, но в практическом плане это всего лишь хитрый маркетинговый трюк, скрывающий не только достоинства, но и недостатки. Нам дарованы 64-битные операнды и 64-битная адресация. Казалось бы, лишние разряды карман не тянут и если не пригодятся, то по крайней мере не помешают. Так ведь нет! С ростом разрядности увеличивается и длина машинных команд, а, значит, время их загрузки/декодирования и размеры программы, поэтому для достижения не худшей производительности 64-битный процессор должен иметь более быструю память и более емкий кэш. Это раз.

Рисунок 1 64-разрядный лейбл, для разнообразия на китайском

64-битные целочисленные операнды становятся юзабельны только при обработке чисел порядка 2³³⁺ (8.589.934.592) и выше. Там, где 32-битному процессору требуется несколько тактов, 64-битный справляется за один. Но где вы видели такие числа в домашних и офисных приложениях? Не зря же инженеры из Intel пошли на сокращение разрядности АЛУ (арифметичного-логичесокго устройства), "ширина" которого в Pentium-4 составляет всего 16 бит, против 32-бит в Pentium-III. Это не значит, что Pentium-4 не может обрабатывать 32-разрядные числа. Может. Только он тратит на них больше времени, чем Pentium-III. Но, поскольку, процент подлинно 32-разрядных чисел (т. е. таких, что используют свыше 16 бит) в домашних приложениях относительно невысок, производительность падает незначительно. Зато ядро содержит меньше транзисторов, выделяет меньше тепла и лучше работает на повышенной тактовой частоте, т. е. в целом эффект положительный.

64-битная разрядность… Помилуйте! Адресовать 18.446.744.073.709.551.616 байт памяти не нужно даже Microsoft'у со вмести графическими заворотами! Из 4 Гбайт адресного пространства Windows Processional и Windows Server только 2 Гбайта выделяют приложениям. 3 Гбайта выделяет лишь Windows Advanced Server, и не потому, что больше выделить невозможно! x86 процессоры с легкостью адресуют вплоть до 16 Гбайт (по 4 Гбайта на код, данные, стек и кучу), опять-таки обходясь минимальной перестройкой операционной системы! Почему же до сих пор это не было сделано? Почему мы как лохи сидим на "жалких" 4 Гбайтах из которых реально доступны только два?! Да потому, что больше никому не нужно! Систему, адресующую 16 Гбайт, просто так не продашь, кого эти гигабайты интересуют? Вот "64-бита" совсем другое дело! Это освежает! Вот все вокруг них и танцуют.

Сравнивать 32- и 64-битные процессоры бессмысленно! Если 64-битный процессор на "домашнем" приложении оказывается быстрее, то отнюдь не за счет своей 64-битности, а благодаря совершенно независимым от нее конструктивным ухищрениям, на которых инженеры едва не разорвали себе задницы!

Впрочем, не будем о грустном. 64-бита все равно войдут в нашу жизнь. Для некоторых задач они очень даже ничего. Вот, например, криптография. 64-бита это же 8 байт! 8-символьные пароли можно полностью уместить в один регистр, не обращаясь к памяти, что дает невероятный результат! Скорость перебора увеличивается чуть ли не на порядок! Ну так чего же мы ждем?! Вперед! На штурм 64-битных вершин!

Рисунок 2 AMD Athlon 64 во всей своей красе