چرا سیستم های 64 بیتی بهترند

محدودیتی که در دامنه پردازش های 32 بیتی وجود دارد، همواره باعث کندشدن سرعت انجام عملیات پیچیده و سنگین اطلاعاتی در سیستم های مختلف می گردد.

به همین منظور بسیاری از شرکت های سازنده نرم افزار و خصوصاً آن هایی که در زمینه سیستم عامل فعالیت دارند از دیرباز رقابتی را برای تحت پوشش قراردادن تعداد زیادتری CPU و مقدار بیشتری حافظه RAM نسبت به یکدیگر آغاز کرده اند. به عنوان مثال رقابتی که بین ویندوز 2000 سرور با سولاریس یا انواع یونیکس و لینوکس بر سر امکان استفاده از 8 یا 16 تا 32 پردازنده به همراه چند گیگابایت حافظه RAM و امثال آن وجود داشت همواره یکی از جالب ترین و پرسروصداترین زمینه رقابت بین چند سیستم عامل به شمار می رفت. اما تمام این عوامل چندی پیش تحت الشعاع واژه جدیدی به نام پردازش 64 بیتی قرار گرفت. این فناوری جدید که به لطف به بازار آمدن دو محصول جدید از دو شرکت معتبر سازنده پردازنده یعنی اینتل و AMD شکل گرفت، در مدت کوتاهی توانست توجه سازندگان سیستم عامل را به شدت معطوف کارایی بی نظیر خود کند.
پردازنده های Xeon و ایتانیوم از سوی اینتل و پردازنده Opteron از طرف AMD طی مدت کوتاهی توجه تمام سازندگان مشهور سرورهای Enterprise و همچنین تولیدکنندگان سیستم عامل را به خود جلب کرد. در این میان مایکروسافت نیز بلافاصله اقدام به طراحی نسخه ای از ویندوز 2003 سرور برمبنای انجام پردازش های 64 بیتی و با استفاده از پردازنده های جدید نمود. این نسخه جدید 64 بیتی از چند نظر بر نسخه پیشین خود برتری داشت. اول این که از میزان حافظه فیزیکی و مجازی بیشتری پشتیبانی می کند.
دوم این که در مقایسه با نسخه 32 بیتی از کارایی و سرعت بالاتری در مدیریت حافظه، رجیسترها و عملیات I/O برخوردار است. نکته سوم در مورد امنیت است. نسخه 64 بیتی قابلیت محافظت بیشتری در برابر کدهای مخرب(Malicious Code) از خود نشان می دهد. طبق پیش بینی های انجام گرفته تا پایان سال 2005 میلادی کلیه کامپیوترهایی که قرار است نقش سرور را در مراکز بزرگ اقتصادی داشته باشند به سمت ریزپردازنده و سیستم عامل 64 بیتی سوق پیدا خواهند کرد. همین پیش بینی حاکی از تمایل شدید کامپیوترهای دسکتاپ به سمت استفاده از تکنولوژی 64 بیتی تا پایان سال 2006 میلادی است.

براین اساس به تدریج نه تنها سازندگان سیستم عامل مثل مایکروسافت سیستم عامل 64 بیتی مختص کامپیوترهای دسکتاپ (Windows XP 46 bit) را به بازار عرضه می کنند، بلکه سایر تولیدکنندگان نرم افزارهای مختلف هم با وارد شدن به دنیای پردازش های 64 بیتی، کارایی و سرعت جدیدی را به کاربران خود ارایه می دهند.

مقایسه:
در یک سیستم عامل 32 بیتی مثل نسخه های 32 بیتی ویندوز 2003 از یک حافظه مجازی (Virtual memory) برای انجام پردازش های مختلف استفاده می شود. این حافظه مجازی که حداکثر 4 گیگابایت می تواند ظرفیت داشته باشد به دو قسمت تقسیم می شود. یک قسمت 2 گیگابایتی آن به وسیله برنامه در حال اجرا اشغال شده و 2 گیگابایت دیگر در اختیار سیستم عامل قرار می گیرد.
تا اینجا همه چیز بسیار عادی به نظر می رسد اما مشکل زمانی پیش می آید که 2 گیگابایت سهم برنامه های در حال اجرا به مرز پرشدن نزدیک می شود. به عنوان مثال یک بانک اطلاعاتی SQL Server را در نظر بگیرید که برای اتصال هر کاربر به سرور و انجام عملیات موردنظر وی 20 مگابایت حافظه مجازی را در نظر می گیرد. با رسیدن تعداد کاربران به مرز یکصد نفر، کل حافظه مجازی 2 گیگابایتی در اختیار SQL Server قرار می گیرد و این به معنای نزدیک شدن سیستم به یک نقطه بحرانی در عملیات سرویس دادن به کاربران است.
در نسخه های 32 بیتی یکی از راه هایی که برای این مساله در نظر گرفته می شد، اختصاص 3 گیگابایت از حافظه مجازی به برنامه های درحال اجرا بود. این روش که با استفاده از دستکاری در فایل boot.ini انجام می گرفت، یک گیگابایت از حافظه مجازی در اختیار سیستم عامل را به سهمیه حافظه مجازی برنامه های در حال اجرا واگذار می کرد و تا حدودی مشکل کمبود حافظه مجازی را رفع می کرد. اما خود این عمل هم عوارض جانبی خاص خود را دارد و آن محدود شدن کرنل سیستم عامل به یک گیگابایت حافظه مجازی برای انجام عملیات cache است.
این محدود شدن باعث افت سرعت انتقال اطلاعات از سرور به کلاینت ها می شود. ضمن این که باز هم در نهایت با زیادترشدن تعداد کاربران یا پردازش های موردنظر آنان، این 1 گیگابایت الحاق شده نیز به مرز اشتغال شدن کامل نزدیک می شود و مدیران سیستم را به ناچار مجبور به افزایش تعداد سرورها برای رفع مشکل می کند. با آمدن ویندوز 2003 نسخه 32 بیتی، قدرت آدرس دهی سیستم عامل برای حافظه های فیزیکی (RAM) به 32 گیگابایت برای نسخه Enterprise و 64 گیگابایت در نسخه DataCenter افزایش یافت و این به معنای نیاز کمتر سیستم به استفاده از حافظه مجازی و در نتیجه کمتر شدن مشکل مربوط به محدودیت حافظه های مجازی بود.
اما به هر حال استفاده از حافظه مجازی برای پردازش اطلاعات امری گریزناپذیر است و به همین دلیل توجه سازندگان سیستم عامل همواره معطوف به پیدا کردن راه حلی برای عبور از این مشکل بود. سرانجام با مطرح شدن و تولد سیستم عامل 64 بیتی ویندوز 2003 که با استفاده از قدرت پردازنده های 64 بیتی جدید قادر بود از یک سیستم آدرس دهی 40 بیتی استفاده کند، میزان حافظه مجازی قابل دسترسی سیستم از 4 گیگابایت به 40 2 یعنی 16 ترابایت (هزار گیگابایت) افزایش یافت.
بدین ترتیب 8 ترابایت از این ظرفیت در اختیار برنامه های در حال اجرا و 8 ترابایت دیگر در اختیار سیستم عامل قرار گرفت. مهم ترین سوالی که در این جا می توانست مطرح شود این است که آیا برنامه های سابق محیط 32 بیتی که برای استفاده از حداکثر 3 گیگابایت حافظه مجازی کامپایل شده اند قادر به بهره بردن از این 8 ترابایت فضای جدید هستند یا خیر. پاسخ این سوال هم می تواند مثبت باشد و هم منفی. بدین صورت که برخی برنامه های کامپایل شده در محیط های 32 بیتی که به صورت صریح قدرت استفاده از حداکثر 3 گیگابایت حافظه مجازی را دارند، با ورود به محیط 64 بیتی هیچ تغییری را احساس نخواهند کرد.
اما برخی دیگر که با تکنولوژی Large Address ware کامپایل شده اند قادر خواهند بود تا 4 گیگابایت از حافظه مجازی را در محیط جدید مورد استفاده قرار دهند. از لحاظ سرعت انجام عملیات نیز برخی برنامه های کامپایل شده در محیط 32 بیتی (مثلاً برنامه های نوشته شده با ASP.NET که از تکنولوژی Multithreading برای اجرای موازی چند دستورالعمل در آن واحد استفاده می کنند)، به دلیل قدرت بی نظیر پردازنده های 64 بیتی در انجام این کار می توانند از مزایای محیط جدید اجرا استفاده کرده و سرعت اجرای خود را افزایش دهند.
اما اگر برنامه ای (مثلاً یک فایل Exe) در محیط توسعه ای مثل ویژوال بیسیک نسخه ششم برای دسترسی به یک پایگاه داده و کار با آن بدون استفاده از مکانیسم پردازشی موازی و به صورت ساده نوشته شده باشد، این برنامه حتی اگر برروی یک سرور 64 بیتی هم اجرا شود نمی تواند از قابلیت های محیط جدید سودی ببرد. بنابراین اگر قرار است این برنامه برروی کلاینت نصب شده و پایگاه داده موردنظر که SQL Server است برروی یک سرور باشد، بهتر آن است که کلاینت در همان وضعیت 32 بیتی باقی بماند و سرور به نسخه 64 بیتی ویندوز 2003 ارتقاء داده شود.
در این صورت موتور بانک اطلاعاتی SQL Server که در تمام نسخه های خود از شیوه Multithreading برای انجام دستورات موردنظر کاربران استفاده می کند، می تواند در محیط جدید با سرعت بهتری فرامین رسیده از طرف کلاینت ها را پردازش کرده و نتیجه را سریع تر به آن ها برگرداند و کارایی کلی این سیستم بانک اطلاعاتی را به نحو مطلوبی افزایش دهد. اصولاً برنامه های نوشته شده برای محیط های 32 بیتی با استفاده از رابطی به نام WOW64 قادر خواهند بود در محیط 64 بیتی اجرا شوند و از مزایای ارتقاء سیستم عامل و دسترسی به حافظه بیشتر بهره ببرند.

پردازنده:
هر دو شرکت اینتل و AMD از همان آغاز تولید پردازنده های 64 بیتی، تمام تمرکز خود را برروی پردازنده هایی که در رده کامپیوترهای سرور مورد استفاده قرار می گیرد، گذاشتند. پردازنده اُپترون (Opteron) محصول شرکت AMD وXeon محصول اینتل هر دو به همین منظور طراحی و تولید شدند.
پس از آن استفاده از تکنولوی 64 بیتی در رده کامپیوترهای کلاینت نیز مدنظر هر دو شرکت قرار گرفت و از آنجا که سروصدای ظهور سیستم عامل 64 بیتی ویندوزXP به تدریج نوید یک دگرگونی در کارایی این رده از کامپیوترها را می داد، این دو شرکت پردازنده های 64 بیتی جدیدی را با قیمت ارزان تر برای کار در کلاینت ها روانه بازار کردند. پردازنده Athlon 64 و پنتیوم 4 سری EM46T از جمله این پردازنده های جدید بودند.
ضمن این که در رده سرور نیز هر دو به ارتقاء پردازنده های ویژه خود پرداختند. پردازنده های اُپترون و پردازنده های ایتانیوم از اینتل نتیجه این ارتقاء محسوب می شوند که از آخرین دست آوردهای تکنولوژی 64 بیتی به شمار می روند.
هم اکنون AMD پردازنده های Opteron را برای استفاده در کامپیوترهای دسکتاپ و سرور با سیستم عامل 64 بیتی، پردازنده های Athlon 64 را جهت استفاده در کامپیوترهای دسکتاپ و کیفی با سیستم عامل 32 یا 64 بیتی و پردازنده های Turion را برای استفاده در کامپیوترهای کیفی با سیستم عامل 64 بیتی به بازار عرضه می کند. اینتل هم انواع پردازنده های نوع Xeon خصوصاً سری MP را برای کار در محیط 32 یا 64 بیتی و انواع پردازنده های رده ایتانیوم را برای سرورهای با سیستم عامل 64 بیتی تولید می کند.

نرم افزار:
با تحولی که در دنیای پردازنده ها و سیستم عامل ها در حال وقوع بود، قاعدتاً دنیای نرم افزار نیز باید شاهد تغییراتی در نحوه انجام پردازش ها و سرعت و کارایی اجرا می شد. در اولین گام کلیه سرویس هایی که به همراه ویندوز 2003 نسخه 64 بیتی ارایه شد همگی با این تکنولوژی جدید همراه شدند.

این سرویس ها که متعلق به مقوله نرم افزار به حساب می آمدند، از اکتیودایرکتوری گرفته تا Terminal service و وب سرور IIS با امکانات جدید محیط 64 بیتی مثل استفاده از فضای بسیار بزرگ حافظه، افزایش سرعت عملیات I/O و استفاده مناسب و بهینه از زمان CPU کاملاً هماهنگ شدند.
از طرفی دیگر بلافاصله خبر از ارایه شدن نسخه های جدید برخی نرم افزارهای سمت سرور مایکروسافت برای کار در محیط 64 بیتی رسید. نسخه 64 بیتی SQL Server2000 و بعد از آن حرف و حدیث های مربوط به نسخه 2005 که مرزهای سرعت و کارایی را پشت سر می گذارد، از این دست به شمار می روند. در همین حال خبرهای دیگری حاکی از اقبال این دگرگونی از سمت برنامه نویسان بود.

محیط برنامه نویسی محبوب دات نت این بار با سروصدای جدیدی وارد معرکه شد و Visual Studio2005 را برای نوشتن برنامه های کاربردی 64 بیتی به علاقمندان ارایه کرد. از سوی دیگر رقبای مایکروسافت هم بیکار ننشستند. اوراکل با محصول oracle 10g و آی بی ام با تولید DB2 64 و بسیاری دیگر از سازندگان نرم افزار و خصوصاً سازندگان برنامه های سرور محیط بزرگ (Enterprise) با سعی و تلاش خود نشان دادند که پلتفرم جدید پردازش های 64 بیتی برای آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به هر حال در آینده نزدیک شاهد رونق فناوری محاسبات 64 بیتی در بسیاری از نرم افزارهای مختلف خواهیم بود