Cuộc cách mạng kiến trúc 16 bit đến 64 bit

Một thay đổi chủ yếu trong kiến trúc bộ xử lý là chuyển từ kiến trúc bên trong 16 bit của 286 và các bộ xử lý trước thành kiến trúc bên trong 32 bit của 386 và những chip sau này, Intel gọi là IA-32 (Intel Architecture, 32-bit).

Kiến trúc Intel 32 bit

Kiến trúc này có từ 1985, mất đúng 10 năm cho cả hệ điều hành chủ đạo 32 bit không hoàn chỉnh (Windows 95) cũng như hệ điều hành 32 bit trọn vẹn đòi hỏi những trình điều khiển 32 bit (Windows NT), 6 năm cho môi trường 32 bit hoàn toàn cho hệ điều hành và những trình điều khiển (Windows XP). Tổng cộng 16 năm từ khi phát hành phần cứng máy tính 32 bit đến sự thông qua hoàn toàn trong xu hướng sử dụng máy tính 32 bit với sự hỗ trợ của phần mềm. Tôi chắc rằng bạn có thể đánh giá 16 năm là quãng thời gian đặc biệt trong công nghệ.

Hiện nay chúng ta đang ở giữa bước nhảy kiến trúc chủ yếu khác, khi mà Intel, AMD và Microsoft trong quá trình chuyển đổi kiến trúc từ 32 bit sang 64 bit. Năm 2001 Intel đã giới thiệu IA-64 (Intel Architecture, 64-bit) trong dạng bộ xử lý Itanium và Itanium 2, nhưng tiêu chuẩn này là một điều gì đó hoàn toàn mới và không phải là sự mở rộng của công nghệ 32 bit đang hiện hành. IA-64 được công bố đầu tiên năm 1994 như là một dự án phát triển CPU của Intel và HP (tên mã Merced), những chi tiết kỹ thuật đầu tiên được thực hiện hoàn tất vào tháng 10 năm 1997.

Thực tế là kiến trúc IA-64 không phải là sự mở rộng của IA-32 nhưng thay thế bằng kiến trúc khác hoàn toàn và mới mẻ toàn bộ thì tốt cho những môi trường không phải là PC chẳng hạn như máy chủ (vì lý do này IA-64 được thiết kế), song thị trường PC luôn luôn chú trọng đến tính tương thích ngược. Dù là mô phỏng IA-32 trong giới hạn IA-64 là có thể, mô phỏng và hỗ trợ như thế này thì quả là chậm chạp.

Với cánh cửa mở rộng, AMD nhận được cơ hội để phát triển những sự mở rộng 64 bit đổi với 1A-32, cái mà họ gọi là AMD64 (đầu tiên được biết như X86-64). Intel rốt cuộc phát hành bộ mở rộng 64 bit cũ của chính họ, gọi là chế độ EM64T hay lA-32e. Ngay khi nó ra đời, những sự mở rộng của Intel thì hầu như giống hệt của AMD, nghĩa là chúng tương thích phần mềm. Dường như giai đoạn đầu tiên Intel chấp nhận theo sau AMD trong sự phát triển kiến trúc PC.

Kiến trúc 64 bit

Để thành hiện thực máy tính 64 bit, hệ điều hành 64 bit và những trình điều khiển 64 bit cũng cần thiết. Microsoft bắt đầu cung cấp những phiên bản dùng thử của Windows XP Professional x64 Edition (hỗ trợ cho AMD64 và EM64T) vào tháng 4 năm 2005 cho đến khi phát hành Windows Vista x64 năm 2007 mà việc sử dụng máy tính 64 bit bắt đầu thành xu thế chủ đạo. Khởi đầu, sự thiếu các trình điều khiển là một sự cố nhưng với sự ra đời của Windows 7 x64 năm 2009, phần lớn nhà sản xuất thiết bị cung cấp những trình điều khiển cả 32 bit và 64 bit cho tất cả thiết bị mới. Linux cũng là phiên bản 64 bit có sẵn. thực hiện chuyển đổi thành 64 bit là có thể cho môi trường không dùng Windows.

Phát triển quan trọng khác là sự giới thiệu bộ xử lý đa nhân của Intel và AMD. Những bộ xử lý đa nhân hiện nay có bốn hoặc nhiều nhân CPU đầy đủ hoạt động trong một gói CPU về đặc tính cơ bản cho phép bộ xử lý thực hiện hoạt động của đa bộ xử lý. Mặc dầu những bộ xử lý đa nhân không làm những chương trình trò chơi dùng những chuỗi thực thi vận hành nhanh hơn, dùng các bộ xử lý đa nhân, giống nhiều bộ xử lý một nhân, tách khối lượng công việc (workload) được tạo ra bởi nhiều ứng dụng chạy đồng thời. Nếu cứ cố quét phần nhiễm virus (malware) trong khi kiểm tra mail hay chạy ứng dụng khác, bạn có thể thấy càng nhiều ứng dụng bộ xử lý thậm chí nhanh nhất càng chết như thế nào. Với bộ xử lý đa nhân, khả năng hoàn tất nhiều công việc ít thời gian hơn do chế độ đa nhiệm được mở rộng. Các bộ xử lý đa nhân hiện nay cũng hỗ trợ những mở rộng 64 bit cho phép bạn tận dụng những thuận lợi của đa nhân và tính toán 64 bit.

Máy tính thực sự đã đi quãng đường dài. Bộ xử lý 8088 đầu tiên được dùng trong máy tính đầu tiên chứa 29,000 bóng bán dẫn và chạy ở tốc độ 4.77MHz. So sánh với các chip ngày nay: AMD Phenom II có ước lượng 758 triệu bóng bán dẫn và chạy ở 3.4GHz hay nhanh hơn và Intel Core I5/I7 lên tới 774 triệu bóng bán dẫn và chạy ở tốc độ 3.33GHz hay nhanh hơn. Khi bộ xử lý đa nhân và bộ nhớ đệm L2 lớn tiếp tục được sử dụng trong rất nhiều thiết kế. số bóng bán dẫn và tốc độ thực cũng tiếp tục gia tăng. Và quá trình này không bao giờ ngừng bởi vì, theo định luật của Moore, tốc độ xử lý và số lượng bóng bán dẫn đang tăng gấp đôi mỗi 1.5-2 năm.