Η Intel σκέφτεται να κόψει τους δεσμούς με την υποστήριξη 16 και 32 bit

Η Intel πρότεινε κάτι μάλλον ασυνήθιστο: μια πιθανή απλοποίηση της αρχιτεκτονικής x86 με την αφαίρεση παλαιών χαρακτηριστικών.

Ένα τεχνικό σημείωμα στο blog προγραμματιστών της Intel προτείνει μια μάλλον ριζική αλλαγή στην αρχιτεκτονική x86-64: μια νέα αρχιτεκτονική x86S, η οποία απλοποιεί το σχεδιασμό των μελλοντικών επεξεργαστών και τη διαδικασία εκκίνησης ενός υπολογιστή, αφαιρώντας τα 16-bit και ορισμένα στοιχεία υποστήριξης 32-bit από το υλικό. Το αποτέλεσμα θα ήταν μια οικογένεια επεξεργαστών που θα εκκινούσαν κατευθείαν σε λειτουργία x86-64. Αυτό θα σήμαινε την παράκαμψη της παραδοσιακής σειράς μεταβάσεων - πραγματική λειτουργία 16-bit σε προστατευμένη λειτουργία 32-bit σε λειτουργία 64-bit - ή λειτουργία 16-bit κατευθείαν σε λειτουργία 64-bit - από τις οποίες τα τσιπ είναι υποχρεωμένα να περάσουν κατά την εκκίνηση του συστήματος.

Το σημείωμα των προγραμματιστών συνοδεύεται από ένα whitepaper 46 σελίδων [PDF] που αναφέρεται με μεγάλη λεπτομέρεια στις ακριβείς αλλαγές που εξετάζει η Intel. Ορισμένες από τις αλλαγές είναι αρκετά δραματικές, αν και ο αντίκτυπος στον τρόπο με τον οποίο οι περισσότεροι άνθρωποι χρησιμοποιούν τους υπολογιστές σήμερα θα ήταν μάλλον ασήμαντος- κάτι που αναμφίβολα είναι και το ζητούμενο. Και μην ξεχνάτε ότι μιλάμε για την Intel- η συμβατότητα προς τα πίσω είναι κάτι για το οποίο φημίζεται εδώ και δεκαετίες. Εκτός από την εξάλειψη της πραγματικής λειτουργίας 16-bit τύπου 8086 και της προστατευμένης λειτουργίας 16-bit τύπου 80286, θα καταργούσε επίσης τον "δακτύλιο μηδέν" των 32-bit και θα αφαιρούσε εντελώς τους δακτυλίους προστασίας ένα και δύο από την αρχιτεκτονική. Ο δακτύλιος μηδέν είναι εκεί όπου συνήθως ζει ένα λειτουργικό σύστημα, και ο δακτύλιος τρία είναι εκεί όπου εκτελούνται οι εφαρμογές. Το σημείωμα της Intel για τους προγραμματιστές προτείνει την αφαίρεση των δακτυλίων 1 και 2 (τα οποία δεν χρησιμοποιούνται από το σύγχρονο λογισμικό). Στην πραγματικότητα, η συντριπτική πλειοψηφία των λειτουργικών συστημάτων PC χρησιμοποιεί μόνο τους δακτυλίους 0 και 3. Για τους ιστοριοδίφες, μόνο δύο κύρια λειτουργικά συστήματα PC χρησιμοποίησαν ποτέ περισσότερα από αυτά τα δύο δαχτυλίδια. Το ένα ήταν το OS/2 της IBM. Η άλλη εξαίρεση ήταν το Novell Netware 4 και άνω.

Τυχαίνει να είναι και τα δύο αυτά λειτουργικά συστήματα που μας αρέσουν πολύ. Αλλά για να είμαστε ειλικρινείς, η απώλεια της άμεσης υποστήριξης για κάποιο από αυτά στο μελλοντικό υλικό δεν πρόκειται να ενοχλήσει κανέναν. Αυτά, καθώς και οποιοδήποτε άλλο λειτουργικό σύστημα που ξεκινά σε λειτουργία 16-bit - όπως το DOS ή τα Windows 9X - δεν θα εκκινήσουν καν σε οποιοδήποτε σύγχρονο μηχάνημα UEFI ούτως ή άλλως. Η απώλεια του δακτυλίου μηδέν στη λειτουργία 32-bit σημαίνει ότι δεν θα μπορείτε να τρέξετε έναν hypervisor x86-32 - αλλά και πάλι, κανείς δεν θα θέλει να το κάνει αυτό όταν ένας 64-bit σας προσφέρει πολύ περισσότερη μνήμη.

Όταν διαβάσαμε αρχικά αυτή την πρόταση, νομίσαμε ότι σήμαινε επίσης την πλήρη κατάργηση της λειτουργίας x86-32, αλλά αυτό δεν ισχύει. Απλώς θα είναι σημαντικά πιο περιορισμένη. Θα εξακολουθεί να είναι δυνατή η εκκίνηση ενός λειτουργικού συστήματος x86-32 μέσα σε ένα VM - αυτά πρέπει να εξομοιώνουν το firmware του συστήματος σε κάθε περίπτωση, μαζί με τις εξομοιωμένες κάρτες γραφικών, κάρτες δικτύου και ούτω καθεξής που πρέπει να παρέχουν. Επίσης, θα εξακολουθείτε να μπορείτε να εκτελείτε binary προγράμματα και εφαρμογές x86-32 στον δακτύλιο τρία του λειτουργικού συστήματος 64-bit στον δακτύλιο μηδέν - εφόσον το λειτουργικό σύστημα παρέχει τις κατάλληλες βιβλιοθήκες και API, φυσικά. Σχεδόν εξαφανίστηκαν από το Ubuntu πριν από μερικά χρόνια, και μπορεί να συμβεί ακόμα. Αυτό που πραγματικά σημαίνει το X86S είναι η κατάργηση της δυνατότητας εκκίνησης συστημάτων 32-bit σε "bare metal". Το UEFI έχει ήδη εξαλείψει αποτελεσματικά τη δυνατότητα εκκίνησης λειτουργικών συστημάτων 16-bit σε "bare metal", και σχεδόν κανείς δεν το πρόσεξε.

Ομοίως, είναι αρκετά δύσκολο να τρέξετε λογισμικό DOS σε ένα σύγχρονο σύστημα 64-bit, επειδή στις αρχές του 21ου αιώνα, το x86-64 της AMD αφαίρεσε τη λειτουργία VM86 που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση κώδικα πραγματικής λειτουργίας ενώ ένα chip x86-32 βρίσκεται σε προστατευμένη λειτουργία 32-bit. Η λειτουργία VM86 εισήχθη με τον 80386DX το 1987, εξαφανίστηκε πριν από περίπου 20 χρόνια και ουσιαστικά κανείς δεν το πρόσεξε. Στην πραγματικότητα υπάρχει ένα άλλο προηγούμενο για αυτό το θέμα, το οποίο είμαστε έτοιμοι να στοιχηματίσουμε ότι λίγοι θυμούνται τώρα. Πριν από πολύ καιρό, η Intel προσέφερε για ένα διάστημα μια "κομμένη" έκδοση του επεξεργαστή 80386 η οποία μπορούσε να τρέξει μόνο σε λειτουργία 32-bit, και η οποία εξαφάνισε εντελώς τη λειτουργία 16-bit - η οποία ήταν ήδη ξεκάθαρα στο δρόμο προς το τέλος ακόμα και το 1989. Δεν μιλάμε για τον περίφημο 80386SX, αλλά για μια παραλλαγή του: τον ελάχιστα γνωστό Intel 80376. Διασκεδάζουμε παρατηρώντας ότι μία από τις λίγες περιγραφές αυτού του τσιπ που βρίσκονται ακόμη στο διαδίκτυο πρότεινε υποθετικά -το 2010- πόσο βολικό θα ήταν αν οι σύγχρονοι επεξεργαστές εκκινούσαν απευθείας σε λειτουργία 32-bit. Μια μεγάλη διαφορά είναι ότι ο 80376 δεν υποστήριζε λειτουργία σελιδοποιημένης μνήμης, ενώ ο υποτιθέμενος X86S υποστηρίζει μόνο λειτουργία σε λειτουργία σελιδοποιημένης μνήμης.

Υπάρχουν επίσης κάποιοι χαλαροί παραλληλισμοί εδώ με την προέλευση ολόκληρης της αρχιτεκτονικής x86 της Intel. Στα μέσα της δεκαετίας του 1970, η Intel άρχισε να εργάζεται πάνω σε ένα εξαιρετικά φιλόδοξο "micromainframe" 32-bit, με την κωδική ονομασία 8800, που θα διαδεχόταν τους επιτυχημένους 8080 και 8085. Με τον πρόσφατο θάνατο του συνιδρυτή της Intel Gordon Moore, αυτό που τελικά έγινε ο iAPX432 έχει πάρει και πάλι λίγη προσοχή, όπως φαίνεται εδώ. Αποστέλλεται ως ένα σύμπλεγμα τριών τσιπ με περίπου 100.000 τρανζίστορ - τεράστιο για την εποχή.

Ο Ken Shirriff έχει επίσης δημοσιεύσει στο Twitter κάποια λεπτομερή θέματα σχετικά με ορισμένα από τα συστατικά αυτού του συγκροτήματος, συμπεριλαμβανομένων των 43202 και 43201.

Το πρόγραμμα iAPX432 καθυστέρησε τόσο πολύ που παραδόθηκε μόλις το 1981. Σε μια προσπάθεια να σώσει κάτι, η Intel έβγαλε μια προσωρινή λύση: μια μερικώς συμβατή επέκταση 16-bit της αρχιτεκτονικής 8080, η οποία επέκτεινε το σχέδιο ώστε να επιτρέπει την πρόσβαση σε ένα ολόκληρο megabyte μνήμης σε 20 ξεχωριστά τμήματα των 64KB. Αυτή ήταν η 16-bit 8086, που κυκλοφόρησε το 1978 - η πρώτη συσκευή x86, της οποίας το μοντέλο εκτέλεσης η Intel προσπαθεί ακόμα να ξεφορτωθεί το 2023.

Μια ενδιαφέρουσα θεωρία είναι ότι η ιστορία προέλευσης είναι λίγο πιο αναδρομική από αυτό. Συνειδητοποιώντας ότι ο iAPX432 θα αργούσε, θα ήταν μεγάλος και ακριβός, η Intel σχεδίασε ένα σχέδιο για ένα πολύ απλούστερο τσιπ - με ένα πολύ απλούστερο σχέδιο προστατευόμενης μνήμης με τμηματοποιημένη μνήμη, βασισμένο στην αρχιτεκτονική μνήμης του iAPX432. Παρόλο που αυτό τελικά κυκλοφόρησε το 1982 ως Intel 80286 - το οποίο το αφεντικό της Microsoft Bill Gates περιέγραψε ως γνωστόν ως "εγκεφαλικά νεκρό" - η Intel συνειδητοποίησε ότι ένα 80286 με 120.000 τρανζίστορ θα ήταν πολύ περίπλοκο και ακριβό για να πωληθεί κερδοφόρα. Έτσι, μείωσε ακόμη περισσότερο το σχεδιασμό για να δημιουργήσει τον 8086.

Το υλικό του 8086 "κόπηκε", φυσικά, ακόμη περισσότερο με ένα δίαυλο μνήμης οκτώ bit για να δημιουργηθεί ένα οικονομικό μοντέλο: ο 8088. Αυτή ήταν η CPU που χρησιμοποίησε η IBM στο μοντέλο 5150 - το αρχικό IBM PC, το οποίο λίγο πολύ γέννησε τη σύγχρονη βιομηχανία υπολογιστών.