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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO “CIENCIA Y TECNOLOGIA RUMBO AL TERCER MILENIO” FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE SISTEMAS

ARQUITECTURA EN LA COMPUTADORA DE UN PROCESADOR DE 64 BITS DOCENTE: TORRES ALVARADO

SALLY KARINA

EQUIPO DE TRABAJO -

CISNEROS JARA, RUTH FLORES VEGA, ISAAC QUIJADA GABRIEL, ALEX RAMOS MORE, OMAR

2019

Contenido 1.

ABSTRACT...............................................................................................................4

2.

ANÁLISIS CONSTRUCTIVO..................................................................................6 2.1.

HISTORIA..........................................................................................................6

2.2.

DEFINICIÓN......................................................................................................6

2.3.

ARQUITECTURA DE 64 BITS.........................................................................7

2.3.1.

AMD 64.......................................................................................................7

2.3.2.

IA 64..........................................................................................................10

2.4.

3.

HYPERTHREADING......................................................................................15

2.4.1.

HISTORIA................................................................................................15

2.4.2.

DEFINICIÓN............................................................................................16

2.4.3.

INTODUCCIÓN.......................................................................................16

2.4.4.

VENTAJAS...............................................................................................19

2.4.5.

DESVENTAJAS........................................................................................20

DIFERENCIAS ENTRE x32 Y x64 BITS...............................................................20 3.1.

CONCEPTOS PREVIOS.................................................................................20

3.2.

EJEMPLO.........................................................................................................21

3.3.

CONCEPTO.....................................................................................................22

4.

JUICIO CRÍTICO....................................................................................................26

5.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.......................................................27

Bibliografía......................................................................................................................29

Indice de Ilistraciones Ilustración 1 Funcionamiento del x64 Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/X86-64.....9 Ilustración 2 Formato de instrucciones Fuente: https://users.dcc.uchile.cl/~rbaeza/cursos/proyarq/xnoguer/resumen2.html...................11 Ilustración 3 Ejecución por unidad Fuente: http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/eu/equipamientotecnologico/hardware/267-angel-maria-de-dios-roso......................................................16 Ilustración 4 Instrucciones Fuente: http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/eu/equipamientotecnologico/hardware/267-angel-maria-de-dios-roso......................................................17 Ilustración 5 Multihilos Fuente: https://omicrono.elespanol.com/2017/06/bug-deprocesadores-intel/...........................................................................................................18 Ilustración 6 Bus del sistema fuente: http://www.cslab.ece.ntua.gr/courses/advcomparch/2008/material/readings/Intel %20Hyper-Threading%20Technology.pdf......................................................................19 P á g i n a 2 | 30

Ilustración 7 CPU-Z Fuente: Propia................................................................................23 Ilustración 8Propiedades Fuente: Propia.........................................................................24 Ilustración 9 Carpetas del SO Fuente: Propia..................................................................25

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1. ABSTRACT La arquitectura de 64 bits viene siendo desarrollada desde los años 90, siendo AMD la primera empresa en desarrollarla a partir del Intel IA32, finalizando en el año 2000 poniendo el primer procesador compatible AMD 'Opteron' en 2003. Poco después llegó la primera CPU doméstica preparada para 64 bits, AMD Athlon 64 3200+ de un núcleo a 2.0 GHz., proceso de manufactura de 130 nanómetros. Decimos que un procesador tiene una arquitectura de 64 bits cuando sus registros tienen espacio para almacenar 64 bits, pudiendo hacer los procesos más rápidos a comparación de uno de 32 bits. Se trata de una arquitectura desarrollada originalmente por AMD a partir de la arquitectura x86, e implementada bajo el nombre de AMD64 parece que será la arquitectura informática dominante de la generación de 64 bits, venciendo en este mercado a alternativas como la arquitectura IA-64 de Intel. Posteriormente ha sido implementado en múltiples variantes del Athlon 64 y posteriores. La empresa Intel desarrolló una arquitectura compatible bajo el nombre Intel 64 (antes EM64T). La cual ha sido utilizada en el Pentium 4 y posteriores microprocesadores de la compañía. En cuanto a la tecnología HyperTreading siendo una marca registrada por Intel donde tiene gran capacidad de procesamiento y rapidez que permite ejecutar multiples hilos simultáneamente para la mejora en la reacción y el tiempo. Esta tecnología fue implementada en si en los años 60 solo que era utilizada por las supercomputadoras con otros fines que pasaban a ser invisibles para nosotros, luego años más tarde como en el 2002 recién paso para las computadoras personales, sin embargo, esta tecnología posee tanto ventajas para el uso idóneo como desventajas. Ya sea en celulares o computadoras de escritorio la tecnología siempre estará avanzando, antes teníamos el procesador de 32 bits que en su momento fueron de las más modernas características de una computadora, ahora contamos con los procesadores, softwares, programas y hasta procesadores dentro de los teléfonos móviles que usamos tanto día a día para cualquier actividad; con un sistema completo de 64 bits. Implementado ya casi todo a ese sistema que no necesitamos estar actualizando porque tan fácil como ir a la tienda y comprar algo de lo más actual, y recibiría cualquier aparato electrónico con el sistema de 64 bits. Ahora bien, actualmente contamos con esta tecnología que sabemos que le fue un tanto difícil adaptarse a la comunidad anteriormente, pero logrando corregir sus errores supo ganarse un lugar en los dispositivos de las personas y mejorando cada aspecto de lo que solíamos llamar nueva tecnología, se colocó en el mercado con una de las más comerciales; de la misma manera más tecnologías nuevas ya están incorporadas pero quizá aún no tan comerciales para tenerlos dentro de casa, pero no cabe duda de que en algún momento será algo de lo que dispongamos cotidianamente en casa.

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The 64-bit architecture has been developed since the 90s, with AMD being the first company to develop it from the Intel IA32, ending in the year 2000 with the first AMD 'Opteron' compatible processor in 2003. Soon after, the first domestic CPU arrived 64bit, AMD Athlon 64 3200+ core 2.0 GHz., manufacturing process of 130 nanometers. We say that a processor has a 64-bit architecture when its registers have space to store 64 bits, being able to make the processes faster compared to a 32-bit one. It is an architecture originally developed by AMD from the x86 architecture, and implemented under the name of AMD64 it seems that it will be the dominant computer architecture of the 64-bit generation, overcoming in this market alternatives such as the IA-64 architecture of Intel. Later it has been implemented in multiple variants of Athlon 64 and later. The company Intel developed a compatible architecture under the name Intel 64 (before EM64T). Which has been used in the Pentium 4 and later microprocessors of the company. As for HyperTreading technology being a registered trademark by Intel where it has great processing capacity and speed that allows executing multiple threads simultaneously for the improvement in reaction and time. This technology was implemented in the sixties only that it was used by the supercomputers for other purposes that became invisible to us, then years later, as in 2002, it just happened for personal computers, however, this technology has so much advantages for the ideal use as disadvantages. Whether in cell phones or desktop computers the technology will always be advancing, before we had the 32-bit processor that at the time were the most modern features of a computer, now we have the processors, softwares, programs and even processors within the mobile phones that we use every day for any activity; with a complete 64-bit system. Already implemented almost everything to that system that we do not need to be updating because as easy as going to the store and buy something of the most current, and would receive any electronic device with the 64-bit system. Now, we have this technology that we know was a bit difficult to adapt to the community before, but managing to correct its mistakes, it gained a place in people's devices and improving every aspect of what we used to call new technology. placed in the market with one of the most commercial; in the same way more new technologies are already incorporated but perhaps not yet so commercial to have them inside the house, but there is no doubt that at some point it will be something that we have daily at home.

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2. ANÁLISIS CONSTRUCTIVO 2.1. HISTORIA Con el pasar del tiempo y las continuas reducciones en el coste de la memoria, en los años 1990, comenzaron a aparecer instalaciones con cantidades de RAM próximas a los 4GB, y comenzó a ser deseable el uso de espacios de memoria virtual que superaban el límite de 4 GB para manejar ciertos tipos de problemas. Como respuesta a esta necesidad varias empresas empezaron a lanzar nuevas familias con chip de 64bits, los cuales inicialmente se utilizaron en supercomputadoras, estaciones de trabajo de grandes prestaciones y servidores. [CITATION Vás10 \l 10250 ] La arquitectura de 64 bits viene desde el año 1999, en donde la empresa AMD empezó a desarrollar una extensión de 64 bits sobre la IA32 de Intel, siendo esta última la principal desarrolladora de la arquitectura x86, finalizando en agosto del año 2000, poniendo el primer procesador compatible AMD 'Opteron' en 2003. Poco después llegó la primera CPU doméstica preparada para 64 bits, AMD Athlon 64 3200+ de un núcleo a 2.0 GHz., proceso de manufactura de 130 nanómetros. A pesar de que el hardware ya estaba preparado, el software aún llevaba un par de años de desventaja. Microsoft lanzó Windows XP 64 bit Edition en 2005, cuatro años más tarde del original de 32 bits de 2001 y con dos de retraso respecto de los Athlon 64. Uno de los problemas más comunes era la compatibilidad del software con el sistema operativo, pues en el sistema de 32 bits no podías instalar programas de 64 (lógico), pero en el sistema de 64 bits no se podían utilizar programas de 32 bits. Por entonces prácticamente todo eran versiones de 32 bits, con lo que aquel Windows XP 64 bits quedó en una anécdota más que en algo útil. Más tarde Microsoft lanzó Windows Vista y las sucesivas versiones que solucionaron este problema de incompatibilidad. La intención de AMD y otros con aquellos lanzamientos de 2003 y años posteriores no era buscar una mejora importante en el rendimiento, si no utilizar de forma óptima el direccionamiento de la memoria del que hablábamos antes. Un sistema de 32 bits permite utilizar un registro de 32 posiciones para gestionar la memoria RAM. Hasta 32 posibilidades, esto son 4294967296 bits: 4 GB, que es la mayor cantidad con la 2 que puede operar un sistema de 32 bits. Si bien por aquella época lo habitual era encontrar ordenadores con 512 MB, 1 o 2 GB de RAM, ya había algunos usuarios que buscaban llegar más allá de los 4 GB y, por tanto, la evolución a los 64 bits era necesaria. La mejora producida ha sido quizá un tanto exagerada. De los 4 GB máximo admitidos en los 32 bits hemos pasado a 64 posiciones permitidas, en total 264=1,8 x 1019 , unos 16 exbibytes en los sistemas de 64 bits, aproximadamente 18446744073 Terabytes. [ CITATION PAB131 \l 10250 ]

2.2. DEFINICIÓN Decimos que un procesador tiene una arquitectura de 64 bits cuando sus registros tienen espacio para almacenar 64 bits. 'Registro' se refiere a un pequeño espacio de P á g i n a 6 | 30

almacenamiento físico dentro de los procesadores donde se pueden guardar 64 0 o 1. Existen registros por prácticamente cualquier componente, ya sean de 64 bits o de otro tamaño. La mejor y más sencilla representación para un registro de 64 bits sería, simplemente, 64 huecos numerados (del 0 al 63), con espacio para almacenar ceros o unos. De forma homóloga, un procesador con arquitectura de 32 bits maneja registros de 32 bits. [ CITATION PAB131 \l 10250 ] Con la aparición de la arquitectura de x64 efectivamente se incrementa el límite a 2^64 direcciones, equivalente a 18446744073 TB de RAM. Muchos PC de 64 bits del mercado tienen actualmente un límite artificial en la cantidad de memoria que pueden reconocer, pues las limitaciones físicas hacen muy poco probable que se vaya a necesitar soporte para los 18446744073 TB de capacidad total. El cambio de una arquitectura de 32 bits a una de 64 bits es una alteración fundamental, y muchos sistemas operativos tienen que modificarse ostensiblemente para aprovechar las ventajas de la nueva arquitectura. El resto del software también tiene que ser portado para usar las nuevas capacidades.

2.3. ARQUITECTURA DE 64 BITS 2.3.1. AMD 64 2.3.1.1. HISTORIA AMD 64 (también conocido como x64, x86_64 ) es la versión de 64 bits del conjunto de instrucciones x86. Soporta una cantidad mucho mayor de memoria virtual y memoria física de lo que le es posible a sus predecesores, permitiendo a los programas almacenar grandes cantidades de datos en la memoria. x86-64 también provee registros de uso general de 64 bits y muchas otras mejoras. La especificación fue creada por AMD, y ha sido implementada por AMD, Intel, VIA y otros. Es totalmente retro compatible con el código x86 de 16 y 32 bits. Debido a que el juego de instrucciones x86 completo de 16 bits y 32 bits está implementado en hardware sin ningún tipo de emulación, los programas ejecutables x86 existentes pueden correr sin ningún tipo de penalización de velocidad o compatibilidad, mientras que las aplicaciones existentes que fueron recodificadas para aprovechar las características del nuevo procesador, pueden alcanzar mejoras en el rendimiento 2.3.1.2. DESCRIPCIÓN El conjunto de instrucciones del AMD x86-64 (renombrado posteriormente como AMD64) es una extensión directa de la arquitectura del x86 a una arquitectura de 64 bits, motivado por el hecho de que los 4GB de memoria que son direccionables directamente por una CPU de32 bits ya no es suficiente para todas las aplicaciones. Algunos de los cambios:  Nuevos registros El número de registros de propósito general se ha incrementado de 8 en los procesadores x86-32 a 16, y el tamaño de todos estos registros se ha incrementado de 32 bits a 64 bits. Adicionalmente, el número de registros MMX de 128 bits (usados para las instrucciones extendidas SIMD) se ha incrementado de 8 a 16. Los registros adicionales incrementan el rendimiento. P á g i n a 7 | 30

 Registros MMX (SSE) adicionales Igualmente el número de registros de 128 bits (usados para las instrucciones SSE) han aumentado de 8 a 16.  Espacio de direcciones mayor Debido a la arquitectura de 64 bits, la arquitectura AMD64 puede direccionar hasta 16 exabytes de memoria. Las implementaciones futuras de la arquitectura del AMD64 puede proporcionar hasta 2 exabytes de memoria disponible. Si la paginación de memoria se utiliza correctamente, los sistemas operativos de 32 bits podrían tener acceso a algunas de las extensiones de dirección físicas sin tener que realizar la ejecución en modo largo (long).  Instrucción de acceso a datos relativa al puntero Las instrucciones ahora pueden hacer referencias relativas al puntero de instrucciones (registro RIP). Esto permite crear código independiente de la posición que permite un código mucho más eficiente en bibliotecas dinámicas y código cargado en tiempo de ejecución.  Llamadas al sistema más rápidas Debido a que la segmentación no está soportada en el modo de 64 bits, las llamadas al sistema no tienen las latencias asociadas con almacenar y recuperar la información de segmentación ni tienen que realizar las comprobaciones necesarias de protección a nivel de segmentación. Por lo tanto, AMD ha introducido una nueva interfaz de llamadas al sistema, al que se accede utilizando solamente la instrucción "SYSCALL". Aunque los sistemas operativos todavía pueden utilizar el sistema de interrupciones para las llamadas al sistema, en el modo de 64 bits utilizar "SYSCALL" es más rápido.  Instrucciones SSE La arquitectura AMD 64 incluye las extensiones de Intel SSE y SSE2, las últimas CPU’s incluyen las instrucciones SSE3 y algunos también las SSE4. También están soportadas las instrucciones del x86 y MMX.  Bit NX. El bit NX es una característica del procesador que permite al sistema operativo prohibir la ejecución del código en área de datos, mejorando la seguridad. Esta características está disponible en los modos de 32 y 64 bits, y está soportada por Linux, Solaris, Windows XP SP2, Windows Server 2003 SP1.[ CITATION Wik18 \l 10250 ]

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2.3.1.3.

MODELOS DE FUNCIONAMIENTO

Ilustración 1 Funcionamiento del x64 Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/X86-64

Explicación del modo de Hay dos modos primarios de operación para esta arquitectura: 

funcionamiento.-

Modo Largo

Es el utilizado por algunos BSDs, GNU/Linux (x86_64), Solaris 10, y por las ediciones de 64 bits de Windows XP Professional, Windows Vista, Windows 7 y Windows 8. Dado que el conjunto de instrucciones es el mismo, no hay una penalización importante en la ejecución del código x86. Esto no sucede en la arquitectura de Intel IA-64, donde las diferencias en el ISA subyacente implican que la ejecución de código de 32 bits equivale a utilizar un procesador completamente diferente. En todo caso, en AMD 64, las aplicaciones de 32 bits del x86 podrían todavía beneficiarse de una recopilación a 64 bits. Los registros adicionales disponibles en el código de 64 bits, pueden ser utilizados por un compilador de alto nivel para la optimización. Usando el modo largo, un sistema operativo de 64 bits puede ejecutar aplicaciones de 32 bits y 64 bits simultáneamente. También un x86-64 incluye un soporte nativo para ejecutar las aplicaciones de 16 bits del x86. Microsoft ha excluido explícitamente el soporte para aplicaciones de 16 bits en la edición x64 de Windows XP Professional debido a los problemas de conseguir que el código de 16 bits del x86 pueda funcionar con su emulador WoW64. 

Modo Herencia

El modo utilizado por los sistemas operativos de 16 bits, como MS-DOS, y los sistemas operativos de 32 bits, como Windows XP. En este modo, sólo se puede ejecutar código de 16 bits o de 32 bits. Los sistemas operativos de 64 bits P á g i n a 9 | 30

como Windows XP Professional x64 y Windows Server 2003 x64 no se ejecutarán 2.3.1.4. IMPLEMENTACIONES Los procesadores siguientes implementan la arquitectura AMD64:  AMD 64...