Co umí 64 bitový operační systém a jaké verze ovladačů zvolit?

Hlavní stránka▹Přehled produktů▹Software	24.7.2015 \|

„64 bitů“ je marketingové heslo mezi mobilními telefony a tablety, ale ve světě PC je už docela běžné. Přesto, že 64 bitové systémy jsou k dispozici už řadu let, zejména v poslední době jsou na nových počítačích 32 bitové verze na ústupu a 64 bitové verze naprosto převládají. Všeobecné porozumění co to vlastně znamená je ale kupodivu na velice nízké úrovni a zejména matoucí je skutečnost, že 64 bitový operační systém si (naštěstí) perfektně rozumí s 32 bitovými aplikacemi. Odpovědi na otázky, jako například jakou verzi ovladače (32 bitovou nebo 64 bitovou) zvolit, tak vyžaduje porozumění několika skutečnostem.

64 bitový procesor

64 bitový procesor (CPU — Central Processing Unit) je centrální jednotka počítače s interními registry, které dokáží uchovat a zpracovat jednotlivé údaje (celá čísla, adresy v paměti, ...) až do délky 64 bitů. První mikroprocesor vůbec byl 4 bitový (Intel 4004), ale brzy byl nahrazen 8 bitovou verzí (Intel 8008). 8 bitové procesory se staly velice populární. Objevila se řada modelů (Intel 8080, Zilog Z80, Motorola 6800, MOS Technology 6502, ...), pohánějící první skutečně osobní počítače. V honbě za stále větším výpočetním výkonem a schopností pracovat s větší pamětí se objevily 16 bitové a později 32 bitové procesory, některé vytvořené jako rozšíření stávajících architektur, jiné navržené zcela nově přímo jako 16 nebo dokonce 32 bitové.

Neustále rostoucí potřeba paměti, přesahující limit 4 GB 32 bitových procesorů (2^32 = 4G), vedla k návrhu 64 bitových procesorů. A obdobně některé z nich vznikly jako přirozené rozšíření existujících 32 bitových architektur, jiné byly nově navrženy přímo jako 64 bitové.

Ale procesorové architektury mají těžký život. Buď rychle uspějí a stanou se široce populární nebo brzy zahynou. Dnes dominují pouze dvě architektury — Intel x86-64 a ARM v7/v8. Dohnat se je snaží ještě procesory architektury MISP, které se dříve jako úplně první mohly pyšnit 64 bitovou variantou. Všechny tři architektury jsou k dispozici v 64 bitové variantě a všechny vznikly evolucí předcházející 32 bitové verze, takže mohou spouštět 32 bitové i 64 bitové programy.

Poznámka:

Architektura Intel x86 se nejprve vyvinula z 16 bitové do 32 bitové podoby a teprve později byla rozšířena na 64 bitů. Stojí za zmínku, že 64 bitová verze historické architektury x86 nebyla zavedena firmou Intel, svého času příliš zaměstnanou propagací nyní mrtvých procesorů Intel Itanium, zcela nekompatibilních se standardem x86. Na místo toho další výrobce x86 procesorů, firma AMD, přišla s 64 bitovým rozšířením architektury x86-64 a až když ji začala široce podporovat firma Microsoft, dokonce i Intel byl nucen tento standard akceptovat. Hlavní vlastností 64 bitových x86 CPU je schopnost spouštět veškerý existující 32 bitový software. Zprvu byly používány jen 32 bitové systémy (operační systémy, aplikace) a pouze postupně přicházely 64 bitové verze operačních systémů, schopných spouštět 32 bitové i 64 bitové aplikace.

64 bitové x86 CPU byly označeny x86-64, což se později zredukovalo na pouhé x64. Tedy „x86“ znamená 32 bitová architektura Intel, zatímco „x64“ znamená 64 bitová architektura Intel (vytvořená firmou AMD :-).

64 bitový operační systém

64 bitový operační systém potřebuje k běhu 64 bitový CPU. Jistě je možné vytvořit čistě 64 bitový operační systém, provozující čistě 64 bitové aplikace, ale zřejmě je zhola nemožné s takovým systémem uspět na trhu. Lidé potřebují spouštět existující 32 bitové aplikace, takže zachování zpětné kompatibility je klíčové.

Aby byla zachována zpětná kompatibilita, musí ji podporovat hardware (CPU) a také software (operační systém). A všichni hlavní hráči tak činí (x64 a ARM, Windows a Android).

64 bitový procesor může spouštět 32 bitový i 64 bitový operační systém a aplikace. Pokud pracuje 32 bitový OS, celý systém pracuje čistě 32 bitově, včetně limitů adresování paměti. Není možné použít jedinou 64 bitovou část kódu, 64 bitové aplikace nepracují.
Pokud na 64 bitovém procesoru pracuje 64 bitový operační systém, je možné spouštět 32 bitové i 64 bitové aplikace.
Poznámka:
Zde je původ zmatení mnoha uživatelů. Mají 64 bitový počítač a 64 bitovou verzi Windows, takže se domnívají, že vše co pracuje je 64 bitové. Ve skutečnosti pouze několik aplikací je skutečně 64 bitových, naprostá většina je stále pouze ve 32 bitové verzi (2014/2015). A protože nepotřebují více jak 4 GB pamětí a normálně pracují, neexistuje tlak na přechod k 64 bitové verzi.
Takže 64 bitové verze Windows dovoluje spouštět 32 bitovou i 64 bitovou verzi SIPS bez jakýchkoliv problémů.
Ale je zde jedno důležité omezení. Není možné míchat 32 bitový a 64 bitový kód v rámci jednoho procesu. Každý proces je buď kompletně 32 bitový nebo kompletně 64 bitový, včetně všech DLL, ovladačů a dalších komponent. To samé platí pro jádro operačního systému — pokud je 64 bitové, všechny systémové ovladače musí být také 64 bitové.
Poznámka:
Z tohoto důvodu jsou všechny systémové ovladače kamer Gx k dispozici jako 32 bitové i 64 bitové už po řadu let. Je nezbytné používat 64 bitovou verzi systémového ovladače na 64 bitovém OS, i když uživatelská aplikace ovládající kameru je pouze 32 bitová.
Podobně ovladače v uživatelské aplikaci (např. ASCOM ovladače kamery) musí být 32 bitové pokud je aplikace 32 bitová (připomínáme — většina aplikací je stále 32 bitová), i pokud aplikace pracuje na 64 bit procesoru a operačním systému.

Skutečnost, že 32 bitový a 64 bitový kód nemůže být smíchán a 64 bitový program je vždy nově přeložen (a upraven), dovoluje provést změny v instrukční sadě procesorů. Obě firmy (AMD s x86-64 i ARM s v8) této možnosti využily a v novém 64 bitovém módu dané architektury rozšířily. x64 poněkud přeorganizovala sadu registrů, aby byla symetričtější, a především zdvojnásobila jejich počet (z 8 na 16). ARM podobně odstranil podmíněné vykonávání všech instrukcí a ušetřené místo v instrukčním slově využil k adresování dvojnásobného počtu registrů (32 namísto 16). Bez nadsázky tak lze říci, že 64 bitová ARM v8 je zcela nová architektura vzdáleně připomínající 32 bitovou ARM v7 (podobně jako 16 bitový Intel 8086 vzdáleně připomínal 8 bitový Intel 8080).

Poznámka:

Toto je také zdrojem zmatení dokonce mezi odbornými novináři zaměřenými na IT — 64 bitový kód nepřináší pouze větší přístupnou paměť. Díky změnám v architektuře mohou programy pracovat rychleji i když je používáno méně než 4 GB paměti.