16-битные вычисления

В компьютерной архитектуре 16 -битные целые числа , адреса памяти или другие единицы данных — это те, которые имеют ширину 16 бит (2 октета ). Кроме того, архитектуры 16-битного центрального процессора (ЦП) и арифметико-логического устройства (АЛУ) основаны на регистрах , адресных шинах или шинах данных такого размера. 16-битные микрокомпьютеры — это микрокомпьютеры, в которых используются 16-битные микропроцессоры .

16-битный регистр может хранить 2 ¹⁶ разные ценности. Диапазон используемого целочисленных значений , которые могут храниться в 16 битах, зависит от целочисленного представления . В двух наиболее распространенных представлениях диапазон составляет от 0 до 65 535 (2 ¹⁶ − 1) для представления в виде ( беззнакового ) двоичного числа и −32 768 (−1 × 2 ¹⁵) через 32 767 (2 ¹⁵ − 1) для представления в виде дополнения до двух . С 2 ¹⁶ равен 65 536, процессор с 16-битными адресами памяти может напрямую обращаться к 64 КБ (65 536 байт) памяти с байтовой адресацией . Если система использует сегментацию с 16-битным смещением сегмента, можно получить доступ к большему количеству данных.

16-битная архитектура

Вихрь Массачусетского технологического института ( ок. 1951 г.) ^[1]^[2] вполне возможно, был первым в мире 16-битным компьютером. Это был необычный размер слова для той эпохи; в большинстве систем использовался шестибитный код символов и длина слова, кратная 6 битам. Ситуация изменилась с попыткой ввести ASCII , который использовал 7-битный код и, естественно, привел к использованию 8-битного кратного числа, которое могло хранить один символ ASCII или две десятичные цифры в двоичном коде.

Таким образом, 16-битная длина слова стала более распространенной в 1960-х годах, особенно в миникомпьютерных системах. Ранние 16-битные компьютеры ( ок. 1965–70) включают IBM 1130 , ^[3] HP 2100 , ^[4] Данные Генеральная Нова , ^[5] и DEC PDP-11 . ^[6] Ранние 16-битные микропроцессоры , часто смоделированные на одной из мини-платформ, начали появляться в 1970-х годах. Примеры ( ок. 1973–76) включают пятичиповый процессор National Semiconductor IMP-16 (1973), ^[7] двухчиповый NEC μCOM-16 (1974 г.), ^[8]^[7] трехчиповый Western Digital MCP-1600 (1975 г.) и пятичиповый Toshiba T-3412 (1976 г.). ^[7]

Ранние однокристальные 16-битные микропроцессоры ( ок. 1975–76) включают Panafacom MN1610 (1975), ^[9]^[10]^[7] National Semiconductor PACE (1975), General Instrument CP1600 (1975), Texas Instruments TMS9900 (1976), ^[7] Ferranti F100-L и HP BPC . Другие известные 16-битные процессоры включают Intel 8086 , Intel 80286 , WDC 65C816 и Zilog Z8000 . Intel 8088 был двоично совместим с Intel 8086 и был 16-битным, поскольку его регистры имели ширину 16 бит, а арифметические инструкции могли работать с 16-битными величинами, даже несмотря на то, что ширина его внешней шины была 8 бит.

16-битные процессоры почти полностью вытеснены в индустрии персональных компьютеров , и во встроенных приложениях они используются меньше, чем 32-битные (или 8-битные) процессоры.

16/32-битный Motorola 68000 и Intel 386SX

Motorola 68000 иногда называют 16-битным из-за способа обработки базовой арифметики. Набор команд был основан на 32-битных числах, а внутренние регистры имели ширину 32 бита, поэтому по общепринятым определениям 68000 представляет собой 32-битную конструкцию. Внутренне 32-битная арифметика выполняется с использованием двух 16-битных операций, что приводит к некоторым описаниям системы как 16-битной или «16/32».

Такие решения имеют долгую историю в компьютерной области: различные конструкции выполняют математические вычисления даже по одному биту за раз, что известно как «последовательная арифметика», в то время как большинство разработок 1970-х годов обрабатывали по крайней мере несколько битов за раз. Типичным примером является Data General Nova, представляющая собой 16-битную конструкцию, выполняющую 16-битные математические операции как серию из четырех 4-битных операций. 4 бита — это размер слова широко доступного однокристального АЛУ, что позволяло реализовать его недорого. Если использовать определение, применяемое к 68000, Nova будет 4-битным компьютером, или 4/16. Вскоре после появления Nova была представлена вторая версия, SuperNova, которая включала четыре 4-битных АЛУ, работающих параллельно для выполнения 16-битных математических вычислений за раз и, следовательно, обеспечивающих более высокую производительность. Это было незаметно для пользователя и программ, которые всегда использовали 16-битные инструкции и данные. Аналогичным образом, более поздние члены семейства 68000, начиная с Motorola 68020 , имели 32-битные ALU.

Можно также увидеть ссылки на то, что системы являются или не являются 16-битными, на основе каких-либо других показателей. Один из распространенных случаев — это когда адресное пространство не имеет того же размера в битах, что и внутренние регистры. Большинство 8-битных процессоров 1970-х годов попадают в эту категорию; MOS 6502 , Intel 8080 , Zilog Z80 и большинство других имели 16-битное адресное пространство, что обеспечивало 64 КБ адресного пространства. Это также означало, что для манипуляций с адресами требовалось два командных цикла. По этой причине большинство процессоров имели специальные 8-битные режимы адресации, нулевую страницу , улучшающие скорость. Такая разница между размером внутреннего регистра и размером внешнего адреса сохранялась в 1980-х годах, хотя часто менялась на обратную, поскольку стоимость памяти того времени делала машину с 32-битной адресацией, 2 или 4 ГБ, практически невозможной. Например, 68000 предоставлял только 24 бита адресации на DIP , ограничивая ее все еще огромными (для той эпохи) 16 МБ. ^[11]

Intel 80286 Аналогичный анализ применим к замене процессора , называемой 386SX , которая представляет собой 32-битный процессор с 32-битным ALU и внутренними 32-битными путями данных с 16-битной внешней шиной и 24-битной адресацией процессора, который он заменил. .

16-битное приложение

В контексте IBM PC-совместимых платформ и платформ Wintel 16-битное приложение — это любое программное обеспечение, написанное для MS-DOS , OS/2 1.x или ранних версий Microsoft Windows , которое изначально работало на 16-битных процессорах Intel 8088 и Intel 80286. микропроцессоры . Такие приложения использовали 20- битное или 24-битное представление адреса сегмента или смещения селектора, чтобы расширить диапазон адресуемых ячеек памяти за пределы того, что было возможно при использовании только 16-битных адресов. Программы, содержащие более 2 ¹⁶ байт (65 536 байт ) инструкций и данных, поэтому требовались специальные инструкции для переключения между их 64-килобайтными сегментами , что увеличивало сложность программирования 16-битных приложений.

Список 16-битных процессоров

Ангстрем
- Процессор серии 1801
Общие данные
- Новый
- Затмение
Корпорация цифрового оборудования
- PDP-11 (для LSI-11 см. Western Digital ниже)
  - ДЕК J-11
  - ДЕК Т-11
EnSilica
- ЭСи-1600
Фэйрчайлд Полупроводник
- 9440 МИКРОПЛАМЯ
Ферранти
- Ферранти F100-L
- Ферранти F200-L
Общий инструмент
- CP1600
Хьюлетт-Паккард
- HP 21xx/2000/1000/98xx/БПК
- HP 3000
Ханивелл
- Honeywell Уровень 6 /DPS 6
ИБМ
- 1130 / 1800
- Система/7
- Серия/1
- Система/36
Инфинеон
- Семейство XE166
- Семейство C166/C167
- ХС2000
Интел
- Интел 8086 / Интел 8088
- Интел 80186 / Интел 80188
- Интел 80286
- Интел МКС-96
Локхид
- МАК-16
МИЛ-СТД-1750А
Моторола
- Моторола 68HC12
- Моторола 68HC16
Национальный полупроводник
- ИМП-16
- ПАСЕ/INS8900
НЭК
- микроком-16
- НЭК V20 и V30
Панафаком
- МН1610
Ренесас
- Renesas M16C [ jp ] (16-битные регистры, 24-битное адресное пространство)
Рико
- Ricoh 5A22 (клон WDC 65816, используемый в SNES )
Техасские инструменты
- Техасские инструменты TMS9900
- ТИ MSP430
Тошиба
- Т-3412
Западный дизайн-центр
- МДЦ 65816/65802
Вестерн Диджитал
- МСР-1600
  - используется в DEC LSI-11
  - используется в Pascal MicroEngine
  - используется в WD16
Ксерокс
- Высокий
Зилог
- Зилог Z8000
- Зилог Z280

См. также

Микропроцессор § 16-битные конструкции
Влияние IBM PC на рынок персональных компьютеров § До появления IBM PC
74181 (ключевой компонент некоторых ранних 16-битных и других процессоров)
Разрядность звука — 16-битная разрядность является наиболее распространенной разрядностью, например, для аудио компакт-дисков .

Ссылки

^ «1951 год» . Музей истории компьютеров . (см. также «1943 год» . ).
^ Digital Press, Digital at Work. Архивировано 2 июля 2013 г. в Wayback Machine , Пирсон, 1992 г., ISBN 1-55558-092-0 , стр. 4, 23.
^ «Вычислительная система IBM 1130» . Архивы IBM .
^ «ХП 2116» . Музей истории компьютеров .
^ «Миникомпьютер Data General Nova» . Музей истории компьютеров . Архивировано из оригинала 17 мая 2013 г. Проверено 11 июня 2012 г.
^ Пирсон, Джейми Паркер (сентябрь 1992 г.). Цифровые технологии в действии: снимки первых тридцати пяти лет . Цифровая пресса. стр. 58–61. ISBN 978-1-55558-092-6 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Белзер, Джек; Хольцман, Альберт Г.; Кент, Аллен (1978). Энциклопедия компьютерных наук и технологий . Том. 10 – Линейная и матричная алгебра микроорганизмов: компьютерная идентификация. ЦРК Пресс . п. 402. ИСБН 9780824722609 .
^ «1970-е: Развитие и эволюция микропроцессоров» (PDF) . Музей истории полупроводников Японии . Архивировано из оригинала (PDF) 27 июня 2019 г. Проверено 27 июня 2019 г.
^ «16-битные микропроцессоры» . Музей процессора . Проверено 5 октября 2010 г.
^ «История» . ПФУ . Проверено 5 октября 2010 г.
^ Семейство Motorola M68000, Справочное руководство программиста (PDF) . Motorola, Inc. 1992. сек. 2.4, стр. 2–21 . Проверено 5 июня 2023 г.

[1] «1951 год» . Музей истории компьютеров . (см. также «1943 год» . ).

[2] Digital Press, Digital at Work. Архивировано 2 июля 2013 г. в Wayback Machine , Пирсон, 1992 г., ISBN 1-55558-092-0 , стр. 4, 23.

[3] «Вычислительная система IBM 1130» . Архивы IBM .

[4] «ХП 2116» . Музей истории компьютеров .

[5] «Миникомпьютер Data General Nova» . Музей истории компьютеров . Архивировано из оригинала 17 мая 2013 г. Проверено 11 июня 2012 г.

[6] Пирсон, Джейми Паркер (сентябрь 1992 г.). Цифровые технологии в действии: снимки первых тридцати пяти лет . Цифровая пресса. стр. 58–61. ISBN 978-1-55558-092-6 .

[Belzer-7] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Белзер, Джек; Хольцман, Альберт Г.; Кент, Аллен (1978). Энциклопедия компьютерных наук и технологий . Том. 10 – Линейная и матричная алгебра микроорганизмов: компьютерная идентификация. ЦРК Пресс . п. 402. ИСБН 9780824722609 .

[8] «1970-е: Развитие и эволюция микропроцессоров» (PDF) . Музей истории полупроводников Японии . Архивировано из оригинала (PDF) 27 июня 2019 г. Проверено 27 июня 2019 г.

[9] «16-битные микропроцессоры» . Музей процессора . Проверено 5 октября 2010 г.

[fujitsu-10] «История» . ПФУ . Проверено 5 октября 2010 г.

[11] Семейство Motorola M68000, Справочное руководство программиста (PDF) . Motorola, Inc. 1992. сек. 2.4, стр. 2–21 . Проверено 5 июня 2023 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]