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32 Bit Architektur Unter versteht man in der EDV eine Prozessorarchitektur deren Verarbeitungsbreite 32 Bit beträgt Proz

32-Bit-Architektur

Unter 32-Bit-Architektur versteht man in der EDV eine Prozessorarchitektur, deren Verarbeitungsbreite 32 Bit beträgt. Prozessoren, die eine 32-Bit-Architektur verwenden, werden häufig auch als „32-Bit-Prozessoren“ bezeichnet. Analog dazu werden auch Computerprogramme, die auf eine solche Architektur ausgelegt sind, mit dem Attribut 32-Bit versehen (z. B. „32-Bit-Betriebssystem“).

32-Bit-Prozessor

Architekturen Bearbeiten

… sowie diverse weitere Designs.

Design Bearbeiten

Vereinfacht dargestellt bedeutet 32 Bit, dass die Prozessoren durch ihr ALU-Design so ausgelegt sind, dass zwei 32-Bit-Zahlen (also 4 Byte) gleichzeitig verarbeitet werden können (beispielsweise zwei 4-Byte-Zahlen addieren). Das schließt die externe und interne Gestaltung von Datenbus und die Breite des Registersatzes mit ein. Dies gilt analog für die gängigen Adressierungs-Arten, wobei die Bitbreite der Recheneinheit sich grundsätzlich von der der Adresseinheit unterscheiden kann (wie etwa auch bei 64-Bit-Prozessoren).

Vorteile Bearbeiten

Die Vorteile von höherbittigen Prozessorarchitekturen liegen in der einfacheren Berechnung größerer Integer-Werte (durch die breitere ALU), was zum Beispiel Vorteile bei Verschlüsselungsalgorithmen, grafischen Berechnungen (zum Beispiel Festkommaarithmetik für Computerspiele), 32-Bit-Dateisystemen oder Multimediaformaten (MPEG-2, MP3) mit sich bringt. Auch bringt die Erweiterung zu 32 Bit die Möglichkeit mit, bis zu 4 Gigabyte Arbeitsspeicher zu arbeiten, was zum Vergleich zu 16-Bit, welches nur 16 Megabyte verarbeiten kann, eine enorme Verbesserung darstellte.

Probleme Bearbeiten

Bei weiterentwickelten Architekturen, die 32-Bit-Erweiterungen erhalten haben, kann allerdings ohne speziell angepasste Betriebssysteme in der Regel kein großer Vorteil aus dem Wechsel von 16-Bit- auf 32-Bit-Prozessoren gezogen werden.

Ähnlich wie bei SIMD- oder AltiVec-Erweiterungen ist also auch für 32-Bit-Systeme gewöhnlich speziell angepasste Software nötig.

Allerdings verfügte nicht jedes System mit 32 Bit breitem Datenpfad auch über einen 32 Bit breiten Adresspfad, also einen 4-GiB-Adressraum. Bei älteren IBM-Großrechnern (System/360 und System/370) wurden nur 24 Bit zur Adressierung verwendet (16-MiB-Adressraum). Da das überzählige Byte von Betriebssystem und Anwendungsprogrammen für Flagbits genutzt wurde, war der Übergang zur 31-Bit-Adressierung (2-GiB-Adressraum) mit nur noch einem Flagbit komplex. In einigen Systemen ist der Adresspfad schmaler oder größer als 32 Bit – beispielsweise können seit dem Pentium Pro einige x86-Prozessoren mit 36 Bit adressieren, was einem Adressraum von 64 GiB entspricht (Physikalische Adresserweiterung).

Ein anderes Problem ist das Jahr-2038-Problem.

Programmiermodell Bearbeiten

Unter der Programmiersprache C schlägt sich die Anzahl der Bits insbesondere bei der Größe der Datentypen void*, int und manchmal auch bei long, sowie deren vorzeichenlosen Pendants, nieder. Mit der Verbreitung von 32-Bit-Architekturen hat man hierbei in der Regel die drei Typen gleichermaßen auf die Breite von 32 Bit gesetzt, so dass Daten von Int-Typ, Long-Typ und Zeiger-Typ gleich sind. Dieses nennt man abgekürzt ILP32. Zur Abwärtskompatibilität mit der 16-Bit-Architektur, die meist als IP16 ausgeführt wurde, hatte man teils auch den Int-Typ bei 16-Bit gelassen, genannt LP32, oder den Long-Typ auf doppelte Breite von 64-Bit gesetzt, genannt IP32. Die ersten Versionen von DOS/Windows und Mac-OS arbeiteten mit jener LP32 und 16-Bit „int“, während frühe Ultrix-Versionen mit IP32 und 64-Bit „long“ arbeiteten. Derlei Programmiermodelle haben sich jedoch nicht durchgesetzt – alle heutigen unixartigen 32-Bit-Betriebssysteme drücken die 32-Bit-Architektur in einem ILP32-Typenmodell aus.

Der "long long" Datentyp in C wurde erst im Zuge der Standardisierung für C99 (ab 1995) eingeführt um den Wildwuchs vorheriger Definitionen zu ersetzen. Er hatte sich im Unix-Umfeld eingebürgert um Software gleichzeitig für ILP32 und LP64 der aufkommenden 64-Bit-Architekturen zu schreiben, womit "long" und "pointer" jeweils die gleiche Größe haben, und die 64-Bit Arithmetik gleichermaßen verfügbar ist. Der zugehörige 64-Bit Large File Support, um auch in ILP32 Systemen noch große Dateien verarbeiten zu können, wurde in Single UNIX Specification Version 2 (UNIX 98) eingeführt, basierend auf dem herstellerübergreifenden „Large File Summit“ von 1996.

32-Bit-Datenmodelle
Daten-
modell 		short
(integer) 		int
(integer) 		long
(integer) 		pointer
(integer) 		long long
(integer) 		Beispiel Betriebssystem/Compiler
LP32 0000 16 16 32 32 Apple MacIntosh für Motorola 68k, Microsoft API für Intel x86
ILP32 0000 16 32 32 32 IBM 370, VAX Unix, ältere Workstations (VAX hat long-long nur für DEC/Alpha 64-Bit)
ILP32 LL64 16 32 32 32 64 Microsoft Win32, Amdahl, Convex, Unix Systeme ab 1990
IP32 0000 16 32 64 32 64 Ultrix (1982–1995), 64-Bit long-long alias nur mit späteren GNU C

Siehe auch Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Harry Phillips: New Perspectives on Microsoft Windows Vista for Power Users. Cengage Learning, 2008, ISBN 978-1-4239-0603-2, S. 16 (englisch, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. Grundlagen der Informatik: ALU und Speicher (PDF, ≈ 200 kB) – bei der TH-Nürnberg (veröffentlicht [oder zuletzt hochgeladen] am 28. November 2002)
  3. … auch Adresswerk (oder englisch address unit und kurz AU) genannt, siehe auch Adresseinheit (AU) & Busschnittstelle (BIU) (bei TecChannel, am 18. Oktober 1999)
  4. Das 4GB Problem – WB Wiki. Abgerufen am 2. Juli 2018.
  5. Axel Vahldiek: Kompatibilitätsprobleme: Umstieg von 32 auf 64 Bit. Abgerufen am 2. Juli 2018.
  6. chessprogramming – IBM 360. Abgerufen am 2. Juli 2018.
  7. IBM Knowledge Center. Abgerufen am 2. Juli 2018 (amerikanisches Englisch).
  8. Rationale for International Standard — Programming Languages — C. (PDF) The Open Group, April 2003, abgerufen am 13. Mai 2020.
  9. unix.org
  10. Adding Large File Support to the Single UNIX® Specification. The Open Group, 14. August 1996, abgerufen am 13. Mai 2020.
  11. Sergey Vasiliev: The forgotten problems of 64-bit programs development. 14. August 2014, abgerufen am 13. Mai 2020 (englisch).
  12. Das Datenmodell ist eine Eigenschaft des Compilers unter dem entsprechenden Target-Betriebssystems, nicht des Betriebssystems allein.
  13. (Nicht mehr online verfügbar.) In: Hewlett Packard Enterprise. Archiviert vom Original am 4. Dezember 2020; abgerufen am 5. September 2023 (englisch).
Prozessorarchitekturen
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Veröffentlichungsdatum:
Unter 32 Bit Architektur versteht man in der EDV eine Prozessorarchitektur deren Verarbeitungsbreite 32 Bit betragt Prozessoren die eine 32 Bit Architektur verwenden werden haufig auch als 32 Bit Prozessoren bezeichnet Analog dazu werden auch Computerprogramme die auf eine solche Architektur ausgelegt sind mit dem Attribut 32 Bit versehen z B 32 Bit Betriebssystem 1 32 Bit Prozessor Inhaltsverzeichnis 1 Architekturen 2 Design 3 Vorteile 4 Probleme 5 Programmiermodell 6 Siehe auch 7 EinzelnachweiseArchitekturen Bearbeitenvon Digital beziehungsweise spater Compaq die VAX Architektur 32 Bit ab 1977 im VAX 11 Superminicomputer von National Semiconductor die NS320xx Serie ab 1977 von Intel AMD und Anderen gebaute Prozessoren der x86 Familie ab 1978 volle 32 Bit Architektur mit i386 ab 1985 seit 2003 mit x64 auch eine 64 Bit Architektur von Motorola die 68000er Familie ab 1979 volle 32 Bit Architektur mit 68020 ab 1984 von MIPS spater SGI die MIPS Architektur 32 Bit ab 1985 und als 64 Bit ab 1991 von ARM die Arm Architektur lizenziert an zahlreiche Prozessorhersteller 32 Bit ab 1985 und 64 Bit ab 2013 von Sun Microsystems die SPARC Serie 32 Bit ab 1987 und als 64 Bit UltraSPARC ab 1995 von Apple IBM Motorola die PowerPC Serie 32 Bit und 64 Bit beide ab 1992 von Infineon die TriCore Architektur ab 1999 von Atmel die AVR32 Architektur ab 2006 DLX Mikroprozessor hypothetische 32 Bit Architektur sowie diverse weitere Designs Design BearbeitenVereinfacht dargestellt bedeutet 32 Bit dass die Prozessoren durch ihr ALU Design so ausgelegt sind dass zwei 32 Bit Zahlen also 4 Byte gleichzeitig verarbeitet werden konnen beispielsweise zwei 4 Byte Zahlen addieren 2 Das schliesst die externe und interne Gestaltung von Datenbus und die Breite des Registersatzes mit ein Dies gilt analog fur die gangigen Adressierungs Arten wobei die Bitbreite der Recheneinheit sich grundsatzlich von der der Adresseinheit 3 unterscheiden kann wie etwa auch bei 64 Bit Prozessoren Vorteile BearbeitenDie Vorteile von hoherbittigen Prozessorarchitekturen liegen in der einfacheren Berechnung grosserer Integer Werte durch die breitere ALU was zum Beispiel Vorteile bei Verschlusselungsalgorithmen grafischen Berechnungen zum Beispiel Festkommaarithmetik fur Computerspiele 32 Bit Dateisystemen oder Multimediaformaten MPEG 2 MP3 mit sich bringt Auch bringt die Erweiterung zu 32 Bit die Moglichkeit mit bis zu 4 Gigabyte Arbeitsspeicher zu arbeiten was zum Vergleich zu 16 Bit welches nur 16 Megabyte verarbeiten kann eine enorme Verbesserung darstellte 4 Probleme BearbeitenBei weiterentwickelten Architekturen die 32 Bit Erweiterungen erhalten haben kann allerdings ohne speziell angepasste Betriebssysteme in der Regel kein grosser Vorteil aus dem Wechsel von 16 Bit auf 32 Bit Prozessoren gezogen werden Ahnlich wie bei SIMD oder AltiVec Erweiterungen ist also auch fur 32 Bit Systeme gewohnlich speziell angepasste Software notig 5 Allerdings verfugte nicht jedes System mit 32 Bit breitem Datenpfad auch uber einen 32 Bit breiten Adresspfad also einen 4 GiB Adressraum Bei alteren IBM Grossrechnern System 360 und System 370 wurden nur 24 Bit zur Adressierung verwendet 16 MiB Adressraum 6 Da das uberzahlige Byte von Betriebssystem und Anwendungsprogrammen fur Flagbits genutzt wurde war der Ubergang zur 31 Bit Adressierung 2 GiB Adressraum mit nur noch einem Flagbit komplex In einigen Systemen ist der Adresspfad schmaler oder grosser als 32 Bit beispielsweise konnen seit dem Pentium Pro einige x86 Prozessoren mit 36 Bit adressieren was einem Adressraum von 64 GiB entspricht Physikalische Adresserweiterung Ein anderes Problem ist das Jahr 2038 Problem Programmiermodell BearbeitenUnter der Programmiersprache C schlagt sich die Anzahl der Bits insbesondere bei der Grosse der Datentypen void int und manchmal auch bei long sowie deren vorzeichenlosen Pendants nieder Mit der Verbreitung von 32 Bit Architekturen hat man hierbei in der Regel die drei Typen gleichermassen auf die Breite von 32 Bit gesetzt so dass Daten von Int Typ Long Typ und Zeiger Typ gleich sind Dieses nennt man abgekurzt ILP32 Zur Abwartskompatibilitat mit der 16 Bit Architektur die meist als IP16 ausgefuhrt wurde hatte man teils auch den Int Typ bei 16 Bit gelassen genannt LP32 oder den Long Typ auf doppelte Breite von 64 Bit gesetzt genannt IP32 7 Die ersten Versionen von DOS Windows und Mac OS arbeiteten mit jener LP32 und 16 Bit int wahrend fruhe Ultrix Versionen mit IP32 und 64 Bit long arbeiteten Derlei Programmiermodelle haben sich jedoch nicht durchgesetzt alle heutigen unixartigen 32 Bit Betriebssysteme drucken die 32 Bit Architektur in einem ILP32 Typenmodell aus Der long long Datentyp in C wurde erst im Zuge der Standardisierung fur C99 ab 1995 eingefuhrt um den Wildwuchs vorheriger Definitionen zu ersetzen 8 Er hatte sich im Unix Umfeld eingeburgert um Software gleichzeitig fur ILP32 und LP64 der aufkommenden 64 Bit Architekturen zu schreiben womit long und pointer jeweils die gleiche Grosse haben und die 64 Bit Arithmetik gleichermassen verfugbar ist Der zugehorige 64 Bit Large File Support um auch in ILP32 Systemen noch grosse Dateien verarbeiten zu konnen wurde in Single UNIX Specification Version 2 UNIX 98 eingefuhrt 9 basierend auf dem herstellerubergreifenden Large File Summit von 1996 10 32 Bit Datenmodelle 11 Daten modell short integer int integer long integer pointer integer long long integer Beispiel Betriebssystem Compiler 12 LP32 0 0 0 0 16 16 32 32 Apple MacIntosh fur Motorola 68k Microsoft API fur Intel x86ILP32 0 0 0 0 16 32 32 32 IBM 370 VAX Unix altere Workstations VAX hat long long nur fur DEC Alpha 64 Bit 13 ILP32 LL64 16 32 32 32 64 Microsoft Win32 Amdahl Convex Unix Systeme ab 1990IP32 0 0 0 0 16 32 64 32 64 Ultrix 1982 1995 64 Bit long long alias nur mit spateren GNU CSiehe auch Bearbeiten4 GB Grenze ArbeitsspeicherEinzelnachweise Bearbeiten Harry Phillips New Perspectives on Microsoft Windows Vista for Power Users Cengage Learning 2008 ISBN 978 1 4239 0603 2 S 16 englisch eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Grundlagen der Informatik ALU und Speicher PDF 200 kB bei der TH Nurnberg veroffentlicht oder zuletzt hochgeladen am 28 November 2002 auch Adresswerk oder englisch address unit und kurz AU genannt siehe auch Adresseinheit AU amp Busschnittstelle BIU bei TecChannel am 18 Oktober 1999 Das 4GB Problem WB Wiki Abgerufen am 2 Juli 2018 Axel Vahldiek Kompatibilitatsprobleme Umstieg von 32 auf 64 Bit Abgerufen am 2 Juli 2018 chessprogramming IBM 360 Abgerufen am 2 Juli 2018 IBM Knowledge Center Abgerufen am 2 Juli 2018 amerikanisches Englisch Rationale for International Standard Programming Languages C PDF The Open Group April 2003 abgerufen am 13 Mai 2020 unix org Adding Large File Support to the Single UNIX Specification The Open Group 14 August 1996 abgerufen am 13 Mai 2020 Sergey Vasiliev The forgotten problems of 64 bit programs development 14 August 2014 abgerufen am 13 Mai 2020 englisch Das Datenmodell ist eine Eigenschaft des Compilers unter dem entsprechenden Target Betriebssystems nicht des Betriebssystems allein Compaq C Language Reference Manual Chapter 3 Data Types Nicht mehr online verfugbar In Hewlett Packard Enterprise Archiviert vom Original am 4 Dezember 2020 abgerufen am 5 September 2023 englisch Prozessorarchitekturen nbsp nach Wortbreite 1 Bit Architektur Bit Slice Architektur 4 Bit Architektur 8 Bit Architektur 16 Bit Architektur 32 Bit Architektur 64 Bit Architekturnach Befehlssatzaufbau CISC EPIC NISC RISC VLIW Mikroarchitekturmit Optimierung fur Einsatzzweck Haupt Prozessor Grafikprozessor GPGPU Streamprozessor Soundprozessor Gleitkommaeinheit Netzwerkprozessor Physikbeschleuniger Vektorprozessor TensorFlow Processing Unit Abgerufen von https de wikipedia org w index php title 32 Bit Architektur amp oldid 237055183