Arquitetura de 64 bits da AMD (x86-64)

Introdução

Continuando o estudo dos artigos anteriores, neste artigo exporemos a arquitetura de 64 bits da AMD. Ao longo dos últimos quatro meses, vimos o surgimento dos computadores, dos microcomputadores e a consolidação dos seus princípios fundamentais. Em seguida, estudamos como esses princípios evoluíram para o processamento paralelo e os novos problemas que daí surgiram. De posse dessas idéias, pudemos melhor compreender a complexidade das modernas máquinas de alto desempenho. Constatamos também que o processamento paralelo não está limitado às máquinas sofisticadas, mas é empregado em diversos processadores. Mesmo nossos “velhos” PCs-Pentium fazem uso de um paralelismo, mas a nível de instrução, ou seja, executam mais de uma instrução por vez.

Agora, neste artigo e no próximo, abordaremos os processadores de 64 bits que irão impulsionar nossos próximos computadores pessoais. Os projetos da Intel e AMD são inovadores e, se as promessas forem cumpridas, em menos de um ano deverão estar nas prateleiras das lojas. Essas novas arquiteturas prometem levar o paralelismo ainda mais longe, fornecendo mecanismos para que os compiladores passem para as CPUs não só as instruções arrumadas de forma eficiente, mas principalmente como e quais podem ser executadas em paralelo.

Quando se fala de CPUs de 64 bits, é importante elucidar uma certa confusão que se faz com processadores atuais. Devemos ter claro que todos os atuais processadores, Intel ou AMD, são CPUs de 32 bits. O Pentium 4 ou o Athlon têm barramento de dados de 64 bits, porém a arquitetura da CPU é de 32 bits. Neste artigo, vamos ver o que a AMD está planejando para a sua arquitetura de 64 bits. No mês que vem, será a vez da Intel.

Arquitetura x86-64 da AMD

Iniciamos com uma pergunta: como fazer a transição das CPUs de 32 bits para 64 bits? A AMD está respondendo a esta pergunta com uma arquitetura que, além do ambiente 64 bits, promete compatibilidade com todos os programas desenvolvidos para 16 e 32 bits. O objetivo é oferecer um caminho de baixo custo para que os usuários façam essa transição de forma bastante suave. Com uma arquitetura compatível com o mundo x86, os fabricantes de placas, de software e os usuários podem gerenciar mais facilmente seus investimentos. A ideia é oferecer uma ponte segura para a transição de 32 para 64 bits. A computação de 64 bits está voltada para aplicações que têm uma grande “fome” por memória, como as grandes bases de dados, as ferramentas CAD e as simulações que, de acordo com os recursos atuais, estão limitadas pelo espaço de endereçamento de 4 GB.

Até há pouco tempo, dizia-se que as CPUs RISC ultrapassariam de forma definitiva as arquiteturas CISC. Porém, isso não aconteceu e as atuais máquinas CISC se equiparam às RISC, em termos de operações com inteiros, e já diminuíram bastante desvantagem que tinham em operações com ponto-flutuante. Por isso, afirma a AMD, os próximos ganhos de desempenho terão mais a ver com as técnicas de implementação (ex: paralelismo) do que com o conjunto de instruções: RISC, CISC-64 ou VLIW. Na verdade, há um certo abuso com esses nomes, pois as atuais CPUs x86 só têm uma casca CISC, sendo seu núcleo formado por máquinas RISC.

A AMD está denominando sua nova arquitetura de “x86-64” e ela será iniciada com uma família de processadores que tem o nome código “Hammer”. As promessas apontam para a comercialização ainda no final deste ano. A estratégia de 64 bits da AMD é a extensão das atuais CPUs x86 para trabalharem em 64 bits, com a introdução do chamado Modo Longo. Essa solução é segura pois já foi empregada por ocasião da transição de 16 bits (CPUs 8088 e 286) para 32 bits (CPUs 386 e diante). Desde há muito tempo, as CPUs de 32 bits operam em dois modos. Quando em modo real, elas ficam iguais ao antigo 8088, porém, quando em modo protegido, elas oferecem recursos de 32 bits, junto com gerenciadores de tarefas e de memória. A arquitetura x86-64 oferece um novo modo denominado “Modo Longo”, em inglês “long mode”, que serve para colocar a CPU operando a 64 bits. Quando em Modo Longo, além dos recursos de 64 bits, são oferecidos registradores estendidos para 64 bits e, além disso, novos registradores foram adicionados. Passemos ao estudo desse novo modo.