256-битные вычисления

Computer architecture bit width

В архитектуре компьютера 256-битные целые числа , адреса памяти или другие единицы данных — это те, которые имеют ширину 256 бит (32 октета ). Кроме того, 256-битные архитектуры центрального процессора (ЦП) и арифметико-логического устройства (АЛУ) — это те, которые основаны на регистрах , адресных шинах или шинах данных такого размера. В настоящее время нет основных процессоров общего назначения, созданных для работы с 256-битными целыми числами или адресами, хотя ряд процессоров работают с 256-битными данными.

Представление

256-битная величина может хранить 2 ²⁵⁶ различных значений. Диапазон целочисленных значений, которые могут храниться в 256 битах, зависит от используемого целочисленного представления .

Диапазон знакового 256-битного целого числа составляет от -57,​896,​044,​618,​658,​097,​711,​785,​492,​504,​343,​953,​926,​634,​992,​332,​820,​282,​019,​728,​792,​003,​956,​564,​819,​968 до 57,896,044,618,658,097,711,785,492,504,343,953,926, 634, 992, 332, 820, 282, 019, 728, 792, 003, 956, 564, 819, 967.

256-битные процессоры могли бы использоваться для прямой адресации до 2 ²⁵⁶ байт. Уже 2 ¹²⁸ (для 128-битной адресации) значительно превысили бы общий объем данных, хранящихся на Земле по состоянию на 2018 год, который оценивался примерно в 33,3 ЗБ (более 2 ⁷⁴ байт). ^[1]

История

Xbox 360 была первой игровой консолью высокой четкости, которая использовала 256-битный графический процессор ATI Technologies Xenos ^[2] до появления современных игровых консолей, особенно Nintendo Switch .

Некоторые шины в новых системах на кристалле (например, Tegra , разработанная Nvidia ) используют 64-битную, 128-битную, 256-битную или выше шину.

Аппаратное обеспечение

Ноутбук с процессором Efficeon

Процессоры имеют наборы инструкций SIMD ( Advanced Vector Extensions и набор инструкций FMA и т. д.), где 256-битные векторные регистры используются для хранения нескольких меньших чисел, таких как восемь 32-битных чисел с плавающей точкой , и одна инструкция может работать со всеми этими значениями параллельно. Однако эти процессоры не работают с отдельными числами длиной 256 двоичных цифр, только их регистры имеют размер 256 бит. Двоичные цифры находятся вместе в 128-битных коллекциях.

Современные чипы графических процессоров могут обрабатывать данные через 256-битную шину памяти (или, возможно, через 512-битную шину с HBM3 ^[3] ).

Процессор Efficeon представлял собой 256-битную VLIW- разработку Transmeta второго поколения , в которой использовался программный движок для преобразования кода, написанного для процессоров x86 , в собственный набор инструкций чипа. ^{[4] [5]}

Система архитектуры с интенсивным использованием данных (DIVA), финансируемая DARPA, включала в себя 5 - ступенчатый конвейерный 256-битный тракт данных «процессор в памяти » (PIM) , дополненный файлом регистров и блоками АЛУ в процессоре «WideWord» в 2002 году. ^[6]

Программное обеспечение

• 256 бит — это общепринятый размер ключа для симметричных шифров в криптографии , таких как Advanced Encryption Standard (AES).
• Увеличение размера слова может ускорить работу нескольких точных математических библиотек. Приложения включают криптографию .
• Исследователи из Кембриджского университета используют 256-битный указатель возможностей, который включает информацию о возможностях и адресации, в ранних реализациях своей системы возможностей CHERI. ^[7]
• Хэш-функция SHA-256 .
• Смарт-контракты используют 256- или 257-битные целые числа; 256-битные слова для виртуальной машины Ethereum . «Мы понимаем, что 257-битный байт довольно необычен, но для смарт-контрактов нормально иметь по крайней мере 256-битные числа. Ведущая виртуальная машина для смарт-контрактов, Ethereum VM, ввела эту практику, и другие блокчейн-виртуальные машины последовали ее примеру». ^[8]
• Язык программирования Zig имеет встроенную поддержку знаковых и беззнаковых произвольных целых чисел битовой ширины для всех поддерживаемых платформ, включая 256-битные. ^[9] Однако соглашение о вызовах для экспортируемых функций, использующих такие целые числа, не было указано в ABI .

Смотрите также

• Проект Беркли IRAM
• Вычислительная оперативная память

Ссылки

1. Рейнсел, Дэвид; Ганц, Джон; Райднинг, Джон (ноябрь 2018 г.). Оцифровка мира (PDF) . IDC. стр. 6. Получено 27 октября 2022 г.
2. "Обзор Xbox 360: Xbox 360". CNET . 15 февраля 2006 г.
3. Хардинг, Шарон (15 апреля 2021 г.). «Что такое HBM, HBM2 и HBM2E? Базовое определение». Tom's Hardware . Получено 11 сентября 2021 г.
4. "Transmeta Efficeon TM8300 Processor" (PDF) . Transmeta Corporation . Архивировано (PDF) из оригинала 10 февраля 2019 г.
5. Уильямс, Мартин (29 мая 2002 г.). "Transmeta представляет планы по процессору TM8000". PC World . Архивировано из оригинала 14 апреля 2010 г.
6. Дрейпер, Джеффри; Сондин, Джефф; Чанг Ву Кан (октябрь 2002 г.). Реализация 256-битного процессора WideWord для микросхемы обработки в памяти (PIM) с интенсивной архитектурой данных (DIVA) (PDF) . Международная конференция по твердотельным схемам . Архивировано (PDF) из оригинала 29 августа 2017 г.
7. Уотсон, Роберт Н. М .; Нойманн, Питер Г .; Вудрафф, Джонатан; Андерсон, Джонатан; Андерсон, Росс ; Дэйв, Нирав; Лори, Бен ; Мур, Саймон В.; Мердок, Стивен Дж .; Паэпс, Филипп; Роу, Майкл; Саиди, Хассен (3 марта 2012 г.). "CHERI: исследовательская платформа, деконфляционная аппаратная виртуализация и защита" (PDF) . Неопубликованный доклад семинара для RESoLVE'12, 3 марта 2012 г., Лондон, Великобритания . Международная лаборатория компьютерных наук SRI.
8. Борисенков, Дмитрий (23 октября 2019 г.). "[llvm-dev] RFC: О не-8-битных байтах и ​​цели для них" . Получено 2021-09-11 .
9. "Примитивные типы". ziglang.org . Получено 2024-07-05 .