گذری بر دنیای محاسبات ۶۴ بیتی

● اشاره :

محدودیتی که در دامنه پردازش‌های ۳۲ بیتی وجود دارد، همواره باعث کندشدن
سرعت انجام عملیات پیچیده و سنگین اطلاعاتی در سیستم‌های مختلف می‌گردد.
به همین‌منظور بسیاری از شرکت‌های سازنده نرم‌افزار و خصوصاً آن‌هایی که
در زمینه سیستم‌عامل فعالیت دارند از دیرباز رقابتی را برای تحت پوشش
قراردادن تعداد زیادتری CPU و مقدار بیشتری حافظه RAM نسبت به یکدیگر آغاز
کرده‌اند. به عنوان مثال رقابتی که بین ویندوز ۲۰۰۰ سرور با سولاریس یا
انواع یونیکس و لینوکس بر سر امکان استفاده از ۸ یا ۱۶ تا ۳۲ پردازنده به
همراه چند گیگابایت حافظه RAM و امثال آن وجود داشت همواره یکی از
جالب‌ترین و پرسروصداترین زمینه رقابت بین چند سیستم‌عامل به‌شمار می‌رفت.
اما تمام این عوامل چندی پیش تحت‌الشعاع واژه جدیدی به نام پردازش ۶۴
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 سیستم‌عامل را به شدت معطوف کارایی بی‌نظیر
خود کند.

پردازنده‌های Xeon و ایتانیوم از سوی اینتل و پردازنده Opteron از طرف
AMD طی مدت کوتاهی توجه تمام سازندگان مشهور سرورهای Enterprise و همچنین
تولیدکنندگان سیستم‌عامل را به خود جلب کرد. در این میان مایکروسافت نیز
بلافاصله اقدام به طراحی نسخه‌ای از ویندوز ۲۰۰۳ سرور برمبنای انجام
پردازش‌های ۶۴ بیتی و با استفاده از پردازنده‌های جدید نمود. این نسخه
جدید ۶۴ بیتی از چند نظر بر نسخه پیشین خود برتری داشت. اول این‌که از
میزان حافظه فیزیکی و مجازی بیشتری پشتیبانی می‌کند.

دوم‌ این‌که در مقایسه با نسخه ۳۲ بیتی از کارایی و سرعت بالاتری در
مدیریت حافظه، رجیسترها و عملیات I/O برخوردار است. نکته سوم در مورد
امنیت است. نسخه ۶۴ بیتی قابلیت محافظت بیشتری در برابر کدهای
مخرب(Malicious Code) از خود نشان می‌دهد. طبق پیش‌بینی‌های انجام گرفته
تا پایان سال ۲۰۰۵ میلادی کلیه کامپیوترهایی که قرار است نقش سرور را در
مراکز بزرگ اقتصادی داشته باشند به سمت ریزپردازنده و سیستم‌عامل ۶۴ بیتی
سوق پیدا خواهند کرد. همین پیش‌بینی حاکی از تمایل شدید کامپیوترهای
دسکتاپ به سمت استفاده از تکنولوژی ۶۴ بیتی تا پایان سال ۲۰۰۶ میلادی است.

براین‌اساس به تدریج نه تنها سازندگان سیستم‌عامل مثل مایکروسافت
سیستم‌عامل ۶۴ بیتی مختص کامپیوترهای دسکتاپ (Windows XP ۴۶ bit) را به
بازار عرضه می‌کنند، بلکه سایر تولیدکنندگان نرم‌افزارهای مختلف هم با
وارد شدن به دنیای پردازش‌های ۶۴‌بیتی، کارایی و سرعت جدیدی را به کاربران
خود ارایه می‌دهند.

● مقایسه

در یک سیستم‌عامل ۳۲ بیتی مثل نسخه‌های ۳۲ بیتی ویندوز ۲۰۰۳ از یک حافظه
مجازی (Virtual memory) برای انجام پردازش‌های مختلف استفاده می‌شود. این
حافظه مجازی که حداکثر ۴ گیگابایت می‌تواند ظرفیت داشته باشد به دو قسمت
تقسیم می‌شود. یک قسمت ۲ گیگابایتی آن به وسیله برنامه در حال اجرا اشغال
شده و ۲ گیگابایت دیگر در اختیار سیستم‌عامل قرار می‌گیرد.

تا اینجا همه ‌چیز بسیار عادی به نظر می‌رسد اما مشکل زمانی پیش می‌آید
که ۲ گیگابایت سهم برنامه‌های در حال اجرا به مرز پرشدن نزدیک می‌شود. به
عنوان مثال یک بانک اطلاعاتی SQL Server را در نظر بگیرید که برای اتصال
هر کاربر به سرور و انجام عملیات موردنظر وی ۲۰ مگابایت حافظه مجازی را در
نظر می‌گیرد. با رسیدن تعداد کاربران به مرز یکصد نفر، کل حافظه مجازی ۲
گیگابایتی در اختیار SQL Server قرار می‌گیرد و این به معنای نزدیک شدن
سیستم به یک نقطه بحرانی در عملیات سرویس‌دادن به کاربران است.

در نسخه‌های ۳۲ بیتی یکی از راه‌هایی که برای این مسأله در نظر گرفته
می‌شد، اختصاص ۳ گیگابایت از حافظه مجازی به برنامه‌های درحال‌اجرا بود.
این روش که با استفاده از دستکاری در فایل boot.ini انجام می‌گرفت، یک
گیگابایت از حافظه مجازی در اختیار سیستم‌عامل را به سهمیه حافظه مجازی
برنامه‌های در حال اجرا واگذار می‌کرد و تا حدودی مشکل کمبود حافظه مجازی
را رفع می‌کرد. اما خود این عمل هم عوارض جانبی خاص خود را دارد و آن
محدود شدن کرنل سیستم‌عامل به یک گیگابایت حافظه مجازی برای انجام عملیات
cache است.

این محدود شدن باعث افت سرعت انتقال اطلاعات از سرور به کلاینت‌ها
می‌شود. ضمن این‌که باز هم در نهایت با زیادترشدن تعداد کاربران یا
پردازش‌های موردنظر آنان، این ۱ گیگابایت الحاق‌شده نیز به مرز اشتغال شدن
کامل نزدیک می‌شود و مدیران سیستم را به ناچار مجبور به افزایش تعداد
سرورها برای رفع مشکل می‌کند. با آمدن ویندوز ۲۰۰۳ نسخه ۳۲ بیتی، قدرت
آدرس‌دهی سیستم‌عامل برای حافظه‌های فیزیکی (RAM) به ۳۲ گیگابایت برای
نسخه Enterprise و ۶۴ 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 حافظه‌های مجازی بود.

اما به هر حال استفاده از حافظه مجازی برای پردازش اطلاعات امری
گریزناپذیر است و به‌همین دلیل توجه سازندگان سیستم‌عامل همواره معطوف به
پیدا کردن راه‌حلی برای عبور از این مشکل بود. سرانجام با مطرح شدن و تولد
سیستم‌عامل ۶۴ بیتی ویندوز ۲۰۰۳ که با استفاده از قدرت پردازنده‌های ۶۴
بیتی جدید قادر بود از یک سیستم آدرس‌دهی ۴۰ بیتی استفاده کند، میزان
حافظه مجازی قابل دسترسی سیستم از ۴ گیگابایت به ۴۰ ۲ یعنی ۱۶ ترابایت
(هزار گیگابایت) افزایش یافت.

بدین‌ترتیب ۸ ترابایت از این ظرفیت در اختیار برنامه‌های در حال اجرا و ۸
ترابایت دیگر در اختیار سیستم‌عامل قرار گرفت. مهم‌ترین سؤالی که در
این‌جا می‌توانست مطرح شود این است که آیا برنامه‌های سابق محیط ۳۲ بیتی
که برای استفاده از حداکثر ۳ گیگابایت حافظه مجازی کامپایل شده‌اند قادر
به بهره بردن از این ۸ ترابایت فضای جدید هستند یا خیر. پاسخ این سؤال هم
می‌تواند مثبت باشد و هم منفی. بدین‌صورت که برخی برنامه‌های کامپایل‌شده
در محیط‌های ۳۲ بیتی که به صورت صریح قدرت استفاده از حداکثر ۳ گیگابایت
حافظه مجازی را دارند، با ورود به محیط ۶۴ بیتی هیچ تغییری را احساس
نخواهند کرد.

اما برخی دیگر که با تکنولوژی Large Addressware کامپایل شده‌اند قادر
خواهند بود تا ۴ گیگابایت از حافظه مجازی را در محیط جدید مورد استفاده
قرار دهند. از لحاظ سرعت انجام عملیات نیز برخی برنامه‌های کامپایل شده در
محیط ۳۲ بیتی (مثلاً برنامه‌های نوشته شده با ASP.NET که از تکنولوژی
Multithreading برای اجرای موازی چند دستورالعمل در آن واحد استفاده
می‌کنند)، به دلیل قدرت بی‌نظیر پردازنده‌های ۶۴ بیتی در انجام این کار
می‌توانند از مزایای محیط جدید اجرا استفاده کرده و سرعت اجرای خود را
افزایش دهند.

اما اگر برنامه‌ای (مثلاً یک فایل Exe) در محیط توسعه‌ای 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 ۶۴ بیتی هم اجرا شود نمی‌تواند از قابلیت‌های 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 ۳۲ بیتی باقی بماند و سرور به نسخه ۶۴ بیتی
ویندوز ۲۰۰۳ ارتقاء داده‌شود.

در این صورت موتور بانک‌اطلاعاتی SQL Server که در تمام نسخه‌های خود از
شیوه Multithreading برای انجام دستورات موردنظر کاربران استفاده می‌کند،
می‌تواند در محیط جدید با سرعت بهتری فرامین رسیده از طرف کلاینت‌ها را
پردازش کرده و نتیجه را سریع‌تر به آن‌ها برگرداند و کارایی کلی این سیستم
بانک اطلاعاتی را به نحو مطلوبی افزایش دهد. اصولاً برنامه‌های نوشته شده
برای محیط‌های ۳۲ بیتی با استفاده از رابطی به نام WOW۶۴ قادر خواهند بود
در محیط ۶۴ 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 پردازنده‌های ۶۴ بیتی، تمام
تمرکز خود را برروی پردازنده‌هایی که در رده کامپیوترهای سرور مورد
استفاده قرار می‌گیرد، 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 ۶۴ بیتی در رده کامپیوترهای کلاینت نیز
مدنظر هر دو شرکت قرار گرفت و از آنجا که سروصدای ظهور سیستم‌عامل ۶۴ بیتی
ویندوزXP به تدریج نوید یک دگرگونی در کارایی این رده از کامپیوترها را
می‌داد، این دو شرکت پردازنده‌های ۶۴ بیتی جدیدی را با قیمت ارزان‌تر برای
کار در کلاینت‌ها روانه بازار کردند. پردازنده Athlon ۶۴ و پنتیوم ۴ سری
EM۴۶T از جمله این پردازنده‌های جدید بودند.

ضمن این‌که در رده سرور نیز هر دو به ارتقاء پردازنده‌‌های ویژه خود
پرداختند. پردازنده‌های اُپترون و پردازنده‌های ایتانیوم از اینتل نتیجه
این ارتقاء محسوب می‌شوند که از آخرین دست‌آوردهای تکنولوژی ۶۴ بیتی
به‌شمار می‌روند.

هم‌اکنون AMD پردازنده‌‌های Opteron را برای استفاده در کامپیوترهای
دسکتاپ و سرور با سیستم‌عامل ۶۴ بیتی، پردازنده‌های Athlon ۶۴ را جهت
استفاده در کامپیوترهای دسکتاپ و کیفی با سیستم‌عامل ۳۲ یا ۶۴ بیتی و
پردازنده‌های Turion را برای استفاده در کامپیوترهای کیفی با سیستم‌عامل
۶۴ بیتی به بازار عرضه می‌کند. اینتل هم انواع پردازنده‌های نوع Xeon
خصوصاً سری MP را برای کار در محیط ۳۲ یا ۶۴ بیتی و انواع پردازنده‌های
رده ایتانیوم را برای سرورهای با سیستم‌عامل ۶۴ بیتی تولید می‌کند.

● نرم‌افزار

با تحولی که در دنیای پردازنده‌ها و سیستم‌‌عامل‌ها در حال وقوع بود،
قاعدتاً دنیای نرم‌افزار نیز باید شاهد تغییراتی در نحوه انجام پردازش‌ها و
سرعت و کارایی اجرا می‌شد. در اولین گام کلیه سرویس‌هایی که به همراه
ویندوز ۲۰۰۳ نسخه ۶۴ بیتی ارایه شد همگی با این تکنولوژی جدید همراه شدند.

این سرویس‌ها که متعلق به مقوله نرم‌افزار به حساب می‌آمدند، از
اکتیودایرکتوری گرفته تا Terminal service و وب‌سرور IIS با امکانات جدید
محیط ۶۴ 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 نسخه‌های جدید برخی نرم‌افزارهای
سمت سرور مایکروسافت برای کار در محیط ۶۴ بیتی رسید. نسخه ۶۴ بیتی SQL
Server۲۰۰۰ و بعد از آن حرف و حدیث‌های مربوط به نسخه ۲۰۰۵ که مرزهای سرعت
و کارایی را پشت‌سر می‌گذارد، از این دست به شمار می‌روند. در همین حال
خبرهای دیگری حاکی از اقبال این دگرگونی از سمت برنامه‌نویسان بود.

محیط برنامه‌نویسی محبوب دات‌نت این‌بار با سروصدای جدیدی وارد معرکه شد و
Visual Studio۲۰۰۵ را برای نوشتن برنامه‌های کاربردی ۶۴ بیتی به
علاقمندان ارایه کرد. از سوی دیگر رقبای مایکروسافت هم بیکار ننشستند.
اوراکل با محصول oracle ۱۰g و آی‌بی‌ام با تولید DB۲ ۶۴ و بسیاری دیگر از
سازندگان نرم‌افزار و خصوصاً سازندگان برنامه‌های سرور محیط بزرگ
(Enterprise) با سعی و تلاش خود نشان دادند که پلتفرم جدید پردازش‌های ۶۴
بیتی برای آن‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به هر حال در آینده نزدیک
شاهد رونق فناوری محاسبات ۶۴ بیتی در بسیاری از نرم‌افزارهای مختلف
خواهیم بود. در شماره‌های آینده ماهنامه شبکه سعی خواهیم کرد دستاوردهای‌
جدید این فناوری را مورد بررسی قرار دهیم.