洪扎·德沃斯基 迈克·阿什 致力于他的博客 iPhone 64S 切换到 5 位架构的实际影响。本文借鉴了他的发现。
之所以写这篇文章，主要是因为关于配备 5 位 ARM 处理器的新款 iPhone 64s 对用户和市场的实际意义存在大量错误信息。在这里，我们将尝试为开发人员带来有关此转变的性能、功能和影响的客观信息。
“64位”
“X 位”标签可以引用处理器的两个部分 - 整数寄存器的宽度和指针的宽度。幸运的是，在大多数现代处理器上，这些宽度是相同的，因此对于 A7，这意味着 64 位整数寄存器和 64 位指针。
然而，同样重要的是要指出“64 位”的含义： RAM物理地址大小。与 RAM 通信的位数（因此设备可以支持的 RAM 量）与 CPU 位数无关。 ARM 处理器具有 26 位和 40 位地址之间的任何位置，并且可以独立于系统的其余部分进行更改。
- 数据总线大小。从 RAM 或缓冲存储器接收的数据量同样与该因素无关。各个处理器指令可能请求不同数量的数据，但它们要么以块的形式发送，要么从内存接收超出需要的数据。这取决于数据量的大小。 iPhone 5 已经以 64 位量子的形式从内存接收数据（并且具有 32 位处理器），并且我们可以遇到高达 192 位的大小。
- 任何与浮点数有关的东西。此类寄存器 (FPU) 的大小同样独立于处理器的内部工作。 ARM 在 ARM64（64 位 ARM 处理器）之前就一直使用 64 位 FPU。
一般优点和缺点
如果我们比较相同的 32 位和 64 位架构，它们通常并没有那么不同。这也是公众普遍对苹果移动设备转向 64 位的原因感到困惑的原因之一。然而，这一切都来自于A7（ARM64）处理器的具体参数以及苹果如何使用它，而不仅仅是来自该处理器具有64位架构这一事实。
然而，如果我们仍然看看这两种架构之间的差异，我们会发现几个差异。显而易见的是，64 位整数寄存器可以更有效地处理 64 位整数。即使在此之前，也可以在 32 位处理器上使用它们，但这通常意味着将它们分成 32 位长的片段，这会导致计算速度变慢。因此，64 位处理器通常可以使用 64 位类型进行计算，与使用 32 位类型进行计算一样快。这意味着通常使用 64 位类型的应用程序可以在 64 位处理器上运行得更快。
虽然 64 位不会影响处理器可以使用的 RAM 总量，但它可以使在一个程序中使用大块 RAM 变得更容易。任何在 32 位处理器上运行的单个程序都只有大约 4 GB 的地址空间。考虑到操作系统和标准库会占用一些空间，这会为程序留下 1-3 GB 的空间供应用程序使用。但是，如果 32 位系统具有超过 4 GB 的 RAM，则使用该内存会稍微复杂一些。我们必须强制操作系统为我们的程序映射这些更大的内存块（内存虚拟化），或者我们可以将程序分成多个进程（理论上每个进程都有 4GB 的内存可用于直接寻址）。
然而，这些“黑客”非常困难且缓慢，以至于很少有应用程序使用它们。实际上，在 32 位处理器上，每个程序只会使用其 1-3 GB 内存，更多可用 RAM 可用于同时运行多个程序或使用此内存作为缓冲区（缓存）。这些用途很实用，但我们希望任何程序都能够轻松使用大于 4GB 的内存块。
现在我们来看看一个常见的（实际上是不正确的）说法：没有超过 4GB 的内存，64 位架构就没用。即使在内存较少的系统上，较大的地址空间也很有用。内存映射文件是一种方便的工具，其中文件的部分内容在逻辑上链接到进程的内存，而无需将整个文件加载到内存中。因此，系统可以逐渐处理比 RAM 容量大很多倍的大文件。在 32 位系统上，如此大的文件无法可靠地进行内存映射，而在 64 位系统上，由于地址空间更大，因此这是小菜一碟。
然而，较大的指针也带来了一个很大的缺点：否则相同的程序在 64 位处理器上需要更多的内存（这些较大的指针必须存储在某个地方）。由于指针是程序中常见的部分，这种差异会给缓存带来负担，进而导致整个系统运行速度变慢。因此，从长远来看，我们可以看到，如果我们只是将处理器架构更改为 64 位，实际上会降低整个系统的速度。所以这个因素必须通过其他地方更多的优化来平衡。
ARM64
A7 是为新款 iPhone 64s 提供支持的 5 位处理器，它不仅仅是具有更宽寄存器的常规 ARM 处理器。 ARM64 对旧的 32 位版本进行了重大改进。
注册表
ARM64 拥有两倍于 32 位 ARM 的整数寄存器（注意不要混淆寄存器的数量和宽度 - 我们在“64 位”部分中讨论过宽度。因此 ARM64 拥有两倍宽的寄存器和两倍的数量寄存器）。 32位ARM有16个整数寄存器：13个程序计数器（PC——包含当前指令的编号）、64个堆栈指针（指向正在进行的函数的指针）、32个链接寄存器（指向结束后返回的指针）的功能），其余 28 个供应用程序使用。然而，ARM32有64个整数寄存器，包括16个零寄存器、32个链接寄存器、128个帧指针（类似于堆栈指针）和XNUMX个为将来保留的寄存器。这使得我们有 XNUMX 个寄存器供应用程序使用，是 XNUMX 位 ARM 的两倍多。同时，ARMXNUMX 将浮点数 (FPU) 寄存器的数量从 XNUMX 个 XNUMX 位寄存器增加了一倍到 XNUMX 个。
但为什么寄存器的数量如此重要呢？内存通常比 CPU 计算速度慢，并且读/写可能需要很长时间。这将使快速处理器必须继续等待内存，并且我们将达到系统的自然速度限制。处理器试图通过缓冲区层来隐藏这一障碍，但即使是最快的缓冲区（L1）仍然比处理器的计算慢。然而，寄存器是直接位于处理器中的存储单元，它们的读/写速度足够快，不会减慢处理器的速度。寄存器的数量实际上意味着处理器计算最快的内存量，这极大地影响了整个系统的速度。
同时，这个速度需要编译器良好的优化支持，以便语言可以使用这些寄存器，而不必将所有内容存储在通用应用程序（慢速）内存中。
指令系统
ARM64还给指令集带来了重大变化。指令集是处理器可以执行的一组原子操作（例如“ADD register1 register2”将两个寄存器中的数字相加）。各个语言可用的函数都是由这些指令组成的。更复杂的函数必须执行更多指令，因此它们可能会更慢。
ARM64 中的新增功能包括 AES 加密、SHA-1 和 SHA-256 哈希函数指令。因此，只有语言才会调用该指令，而不是复杂的实现——这将为此类函数的计算带来巨大的加速，并有望增加应用程序的安全性。例如。新的 Touch ID 还在加密中使用这些指令，从而实现真正的速度和安全性（理论上，攻击者必须修改处理器本身才能访问数据 - 至少考虑到其微型尺寸，这是不切实际的）。
与32位的兼容性
值得一提的是，A7 可以完全在 32 位模式下运行，无需仿真。这意味着新款 iPhone 5s 可以运行在 32 位 ARM 上编译的应用程序，不会出现任何速度减慢的情况。但是，它无法使用新的 ARM64 功能，因此专门为 A7 进行特殊构建始终是值得的，它应该运行得更快。
运行时变化
运行时是向编程语言添加功能的代码，它可以在应用程序运行时使用，直到翻译完成。由于 Apple 不需要维护应用程序兼容性（64 位二进制文件在 32 位上运行），因此他们有能力对 Objective-C 语言进行更多改进。
其中之一就是所谓的 标记指针 （标记的指标）。通常，对象和指向这些对象的指针存储在内存的不同部分中。然而，新的指针类型允许数据很少的类直接在指针中存储对象。这一步不需要直接为对象分配内存，只需创建一个指针和其中的对象即可。标记指针仅在 64 位体系结构中受支持，也是因为 32 位指针中不再有足够的空间来存储足够的有用数据。因此，与 OS X 不同，iOS 还不支持此功能。然而，随着 ARM64 的到来，这种情况正在改变，iOS 在这方面也赶上了 OS X。
虽然指针有 64 位长，但在 ARM64 上，只有 33 位用于指针自己的地址。如果我们能够可靠地解密其余的指针位，我们就可以使用这个空间来存储额外的数据——就像前面提到的标记指针的情况一样。从概念上讲，这是 Objective-C 历史上最大的变化之一，尽管它不是一个有市场的功能——因此大多数用户不会知道 Apple 是如何推动 Objective-C 向前发展的。
至于这样一个标记指针的剩余空间可以存储有用的数据，例如Objective-C现在就用它来存储所谓的 引用计数 （参考文献数量）。以前，引用计数存储在内存中的不同位置，存储在为其准备的哈希表中，但是在大量 alloc/dealloc/retain/release 调用的情况下，这可能会减慢整个系统的速度。由于线程安全，该表必须被锁定，因此两个线程中的两个对象的引用计数不能同时更改。然而，这个值是新插入到所谓的其余部分中的。 ISA 指标。这又是一个不起眼，但却是未来巨大的优势和加速。然而，这在 32 位架构中永远无法实现。
有关关联对象的信息，该对象是否弱引用，是否需要为该对象生成析构函数等信息，也被新插入到对象指针的剩余位置中。得益于这些信息，Objective-C运行时能够从根本上加快运行时速度，这体现在每个应用程序的速度上。根据测试，这意味着所有内存管理调用的速度提高了约 40-50%。只需切换到 64 位指针并使用这个新空间即可。
结论
尽管竞争对手会试图传播这样的观点：转向 64 位架构是不必要的，但您已经知道这只是一个非常无知的观点。确实，简单地切换到 64 位而不调整语言或应用程序并没有真正的意义 - 它甚至会减慢整个系统的速度。但新的 A7 使用带有新指令集的现代 ARM64，并且 Apple 不辞辛劳地对整个 Objective-C 语言进行现代化改造并利用新功能 - 因此承诺了加速。
在这里，我们已经提到了 64 位架构是向前迈出的正确一步的大量原因。这是另一场“幕后”革命，苹果将努力不仅在设计、用户界面和丰富的生态系统方面保持领先地位，而且主要利用市场上最现代的技术。
很多不知情的Android/三星用户应该阅读这篇文章，然后躲在角落里。
好吧，我们必须为他们感到难过。多年来，他们为 Android 的悲惨用户体验和用户界面辩解，称自己拥有技术最先进的操作系统和功能，但现在他们发现自己又落后了很多年:)
如果一个人不是一只羊，听广告（而且他很擅长），那么经过亲身经历，他可以形成自己的观点:-)。
我尝试了几乎所有的比赛并形成了自己的观点。
对我来说，我需要一部新的超高性能手机，因为我在上面花的钱不多。那是我需要更低的性能和更低的价格;-)。也许我更喜欢速度较慢、电池更大的手机。
另一方面，新的 procak 对于有很多游戏的 iPad 很有用:-)。
我是 Android/HTC :) 因为 IT 对我来说非常有趣，扎根并将高质量硬件转换为快速战斗机是我的爱好。 iOS 不允许我这样做。 （这甚至没有必要。或多或少，iOS 的设计是为了让一切正常运行，你不需要在那里做任何事情。当我不再喜欢玩的时候，我会买一个苹果并享受它）。但我不明白为什么你们总是像孩子一样互相攻击。苹果和安卓完全一样。这就像比较民主与独裁等等......我在 iPhone 5S 推出时观看了会议，尽管我没有拥有任何 Apple 的任何产品，但我喜欢 64 位和随之而来的其他改进。但这并不是因为我是一个复杂的 honimír trtko，坐在电脑后面追逐 Android 或 Apple，而是因为我看到了进展，不会让我等待太久。礼貌地说，人们应该开始努力工作，这样他们就没有时间处理废话。
来自另一方的建设性贡献:) kiez 这会让剩下 99% android 积极的人睁开眼睛
也许应该先讨论99%的苹果狂热者，然后我们才能进行建设性的对话
非常复杂的事情简单解释一下...谢谢
很棒的文章！是的，我同意 Android/WP 用户应该阅读这篇文章。与其喋喋不休地谈论“64b 在手机中如何毫无用处”……
你手里可能从来没有过wp，否则你不会有这个
自从在移动市场取得第一次成功以来，三星除了抹黑竞争对手之外什么也没做，但本质上，它一直在追随自己的脚步。苹果一直是科技公司的榜样，如果他们只专注于嘲笑和不断误导客户，他们很快就会跌倒。苹果一直走自己的路，而且一直都是一个非常好的时机问题，而这一点是业内许多竞争公司所缺乏的。
可以说，三星正在顺应潮流并充分利用其可能性。他把赌注押在Android上，他有很棒的硬件，他自己做了很多东西，他有很好的支持。与任何掠夺性的亚洲公司一样，它利用了广告的所有可能性。当然，他还会偷窃和复制。 “斜眼”最擅长的是抄袭。他们算得很清楚，比我行我素、一步一步来要便宜得多。作为一家实力雄厚的公司，它完全可以负担得起。然而…
我只是不明白为什么手机的速度不断提高，给我一些你用它做什么的例子，慢慢地提高手机的性能对我来说没有任何意义，但我会删除营销这个词。
游戏，优化不佳的游戏。此外，iPad 3 上的《运输大亨》运行起来并不像在台式机上那样流畅，而且分辨率也不一样。例子。
我只是不明白为什么手机的速度不断提高，给我一些你用它做什么的例子，如果我从中删除“营销”这个词，提高手机的性能对我来说慢慢就没有意义了。
用于视频、音频和图像处理。继续比赛。
任何一个只用 iPhone 打电话、发短信、偶尔阅读或发送电子邮件、偶尔上网的人，都需要 iPhone 4。我相信这样的用户有很多。并不是每个人都需要世界上最好的手机:-)
羊
硬件和软件之间的物理权衡对您来说没有任何意义吗？这让我有点想起19世纪末，当时的物理学家说物理学中的一切都已经被发现了，没有必要继续下去（相对论早十年，量子论早三年） 。
对最好的追求永无止境。有时软件主导，有时硬件主导。但如果其中一个被卡住了，它就不会放过另一个。我们不会对我们的后代如此自私:) 因此，对于您的评论 - 更快的手机将启用更强大的应用程序，这将能够比驱动器做更多的事情。曾经的事情即使是今天的计算机也无法满足。未来是令人兴奋的。
确切地 ：）
好文章，但我不明白为什么苹果不在 A7 中配备 2GB RAM。是的，iOS多任务处理并不一定需要2GB，但是考虑到内存指针长度的两倍，它会更合适。
但除此之外，我同意 64 位处理器对于手机来说是“不必要的”，就像视网膜显示屏或光学鼠标而不是球是不必要的一样 - 所有这些发明都被标记为“不必要”，但在我看来正确的词是“永恒”，因为一旦到来，苹果并不害怕拿出新的东西。
我同意那个。不幸的是，即使是“无用”也不是一个准确的表达。不必要的意思是人们不知道其优先级的东西。这绝对不是真的。速度可能不需要这么快，但它一定会认的。而当软件赶上硬件时，就会再次有改进的空间。
当然，我赞成，我的意思是 iP5 确实是一款速度相当快的智能手机，因此 5S 根本不必是 64 位。但有一天，有人必须再次处理这个问题，而这个人就是苹果，而且就是现在。从我记事起，专家们就一直在谈论 64 位处理器即使在计算机中也毫无用处。
对于我这个差点考完的IT外行来说，结论很重要。整篇文章（有评论支持）对我来说似乎很有见地，虽然我无法解释它，但具有 7 位架构的 A64 是向前迈出的一步。感谢您的信息。
我会编辑文章的标题，因为这是一种营销举措。每一项创新本质上都是一种营销举措。 :-)
我不这样认为。例如，三星就采用了营销举措。它们带有 RAM，而 iPhone 根本不需要 RAM。他们逃脱了根本无法使用的功能。他们故意提高处理器性能以进行测试。 ETC。这就是营销，虽然是的，它具有误导性，但他们不应该侥幸逃脱；）