Khi nói đến lĩnh vực công nghệ, sẽ có vô số những thuật ngữ thông dụng khác nhau được sử dụng hàng ngày. Và khi nói về phần cứng máy tính, thì cũng có rất nhiều thuật ngữ cũng như chỉ số kỹ thuật khác nhau, và có thể nói rằng: thuật ngữ nổi bật nhất trong phần cứng máy tính chính là 64-bit. Và nó đặt ra một câu hỏi: chính xác 64-bit nghĩa là gì? Ký hiệu đó đại diện cho cái gì? Và điều quan trọng nhất, nó mang lại ý nghĩa gì cho bạn?
Trong bài viết này, mình sẽ giải thích cho các bạn khái niệm về máy tính 64 bit là gì.
Máy tính 64-bit là gì?
Thông tin trong máy tính thường được biểu diễn ở dạng bit, chuỗi nhị phân gồm 2 giá trị là 1 và 0. Càng có nhiều bit, thì khả năng thể hiện thông tin càng nhiều. Cụ thể, một chuỗi n bits có thể đại diện cho 2^n (2 mũ n) mẫu thông tin khác nhau.
Phần lớn các thành phần phần cứng không làm việc với một luồng dữ liệu liên tục, thay vào đó, nó xử lý dữ liệu theo từng khối, và bị giới hạn bởi kích thước bit nhất định. Một bộ vi xử lý tương tự bị giới hạn bởi “word size” của nó: là đơn vị dữ liệu tự nhiên của vi xử lý.
Word size xác định lượng thông tin có thể được xử lý trong một lần (trong một chu kỳ của hardware clock) và lượng bộ nhớ RAM có thể được truy cập tại một thời điểm.
Khi nói về vi xử lý 64-bit, về cơ bản chúng có ý nghĩa là một vi xử lý với word size là 64-bit
Hệ điều hành có một vai trò riêng trong việc giao tiếp với các thành phần phần cứng máy tính. Nó là hệ điều hành để xử lý lịch trình xử lý, địa chỉ bộ nhớ và truy cập lưu trữ. Để sử dụng đầy đủ phần cứng 64-bit, hệ điều hành cần đẩy mạnh vai trò của nó. Và đó là lý do sự khác biệt giữa 32 bit và 64 bit được thực hiện thông qua hệ điều hành (có phiên bản hệ điều hành windows 64-bit tách biệt). Khi đó, nghĩa là một hệ điều hành 64 bit chỉ được thiết kế để khai thác phần cứng 64 bit.
Trong thị trường máy tính tiêu dùng hiện nay, máy tính 64 bit được sử dụng thể hiện sự kết hợp giữa phần cứng 64 bit và hệ điều hành 64 bit.
Từ 32 bit tới 64 bit
Trong vài thập kỷ trước, vi xử lý 32 bit ban đầu được thiết kế với độ dài một word là 32 bit (có vẻ nhiều). Trước đó, thì 4MB bộ nhớ RAM được coi là tiêu chuẩn, với 4 gigabytes địa chỉ (là giới hạn địa chỉ bộ nhớ của vi xử lý 32 bit). Tại thời điểm này, mọi người hy vọng con số này sẽ cung cấp đủ bộ đệm để có thể chịu đựng được thử thách qua thời gian.
Như chúng ta đã biết, điều đó không hoàn toàn thực sự chính xác. Dung lượng 4 và 8 GB bộ nhớ là tiêu chuẩn cho phần cứng máy tính dành cho người tiêu dùng hiện nay. Đối với phần cứng thương mại, server và desktop cấu hình mạnh, thậm chí nhiều bộ nhớ hơn được dùng. Trong một vài năm nữa, những con số này sẽ trở thành những con số nhỏ bé thêm một lần nữa như vài thập kỷ trước thôi.
Trong một số lĩnh vực, phần cứng hiện tại đã và đang đạt đến mức độ giới hạn bởi kiến trúc 32 bit. Nghành công nghiệp hiện tại đang trong giai đoạn chuyển tiếp giữa kiến trúc máy tính 32 bit và 64 bit. Nhờ những nỗ lực cung cấp khả năng tương thích ngược được hỗ trợ bởi kiến trúc máy tính 64 bit, nên giai đoạn chuyển tiếp này không gặp phải nhiều khó khăn.
Lợi ích của máy tính 64 bit
Bước chuyển tiếp từ máy tính 32 bit sang 64 bit có những lợi ích thiết thực cho người dùng. Đáng chú ý nhất là những ảnh hưởng đến tốc độ xử lý và dung lượng bộ nhớ.
Tốc độ và độ chính xác
Với 64-bit word size, kích thước khối dữ liệu mà vi xử lý có thể xử lý được tại một thời điểm – được nhân đôi. Quan trọng hơn, x86-64 tăng số lượng các thanh ghi general-purpose từ 8 lên 16 (các bạn có thể nghiên cứu thêm về lập trình assembly sẽ hiểu rõ hơn về thanh ghi), về mặt kỹ thuật giúp cho vi xử lý 64 bit nhanh hơn.
Điều này cũng ảnh hưởng đến độ chính xác có thể đạt được bởi vi xử lý trong việc tính toán của nó; cuối cùng, vi xử lý có thể dùng gấp đôi số bit để biểu diễn một số. Với 64 bit, bạn có thể thực hiện các tổ hợp nhiều hơn 4 tỷ lần so với 32 bit. (số tổ hợp của 64 bit tính bằng 2^64 hay 2 mũ 64)
Hỗ trợ bộ nhớ lớn hơn
Khi làm việc với RAM trên máy tính, địa chỉ bộ nhớ được sử dụng. Những địa chỉ bộ nhớ này truyền tải vị trí của các chỉ thị (instruction) hoặc dữ liệu trong bộ nhớ vật lý (RAM) trên máy tính. Mặc dù đã có nhiều sơ đồ địa chỉ được đưa ra, nhưng số lượng các địa chỉ khả dụng bị ràng buộc bởi số lượng bit tối đa.
Đối với máy tính 32 bit, 4 gigabytes RAM là kích thước tối đa theo lý thuyết có thể được sử dụng. Nếu bạn cài đặt thêm RAM vào trong các máy tính 32 bit lớn hơn 4 gigabytes, thì sẽ không có cách nào bộ vi xử lý có thể xử lý được hết bộ nhớ bổ xung đó được. Trong thực tế, vấn đề còn nghiêm trọng hơn nữa. Một số hệ điều hành dành một phần bộ nhớ khả dụng cho kernel hệ điều hành. Ví dụ, như windows thường yêu cầu từ 1 đến 2 Gigabytes cho kernel sử dụng, dẫn đến việc làm giảm dung lượng bộ nhớ có sẵn đối với các ứng dụng dành cho người dùng.
Nếu bạn muốn sử dụng nhiều hơn 4 gigabytes bộ nhớ, máy tính 64 bit chính là giải pháp cho vấn đề này. Với 32 bit bổ sung này, nó sẽ cung cấp lược đồ địa chỉ 64 bit, trên lý thuyết sẽ vượt ngưỡng giới hạn trên là 16 exabytes (16 tỷ gigabytes hay 16 triệu terabytes RAM). Trong thực tế, con số này có thể thấp hơn. Để chứng minh, thì AMD64 hiện tại (phiên bản cụ thể x86-64) hỗ trợ không gian địa chỉ vật lý vào khoảng 256 terabytes.
Memory mapping
Memory máy tính nhanh hơn nhiều so với bộ nhớ SSD. Memory mapping được sử dụng để tăng tốc tương tác lưu trữ. Để đơn giản hóa, nó tải các file truy cập từ lưu trữ máy tính sang memory, do đó tăng tốc độ cho lần truy cập tiếp theo.
Memory mapping đã được ứng dụng và sử dụng trong các hệ điều hành từ lâu, và không phải là tính năng mới đối với các máy tính 64 bit. Tuy nhiên, có một xu hướng là kích thước các tệp tin ngày càng tăng theo nhu cầu. Như big data, video độ phân giải cao 4k, 8k, các game đồ họa chất lượng cao,… Với 4 gigabytes tối đa cho bộ nhớ máy tính, memory mapping cũng sẽ bị tê liệt thôi.
