4-битные вычисления
| Разрядность архитектуры компьютера |
|---|
| Кусочек |
| Приложение |
| с плавающей запятой Двоичная точность |
| с плавающей запятой Десятичная точность |
4-битные вычисления — это использование компьютерных архитектур, в которых целые числа и другие единицы данных имеют ширину 4 бита . Архитектуры 4-битного центрального процессора (ЦП) и арифметико-логического устройства (АЛУ) основаны на регистрах или шинах данных такого размера. Группа из четырех битов также называется полубайтом и имеет 2 4 = 16 возможных значений.
4-битные процессоры широко использовались в электронных калькуляторах и других устройствах, где использовалась десятичная математика, таких как электронные кассовые аппараты , таймеры для микроволновых печей и т. д. Это связано с тем, что 4-битное значение содержит одну цифру в двоично-десятичном формате (BCD), что делает его естественным размером для непосредственной обработки десятичных значений. Поскольку 4-битное значение обычно слишком мало для хранения адреса памяти для реальных программ или данных, адресная шина этих систем обычно была больше. Например, канонический 4-битный микропроцессор Intel 4004 имел 12-битный формат адреса.
4-битные конструкции использовались только в течение короткого периода, когда интегральные схемы все еще были дорогими, и в основном использовались в чувствительных к стоимости целях. Хотя 4-битные вычисления по большей части устарели, 4-битные значения по-прежнему используются в тех же десятичных функциях, для которых они были разработаны, а современные реализации, как правило, намного шире и обрабатывают несколько 4-битных значений параллельно. Примером такой системы является конструкция HP Saturn 1980-х годов. К 1990-м годам большинство таких применений были заменены двоичными конструкциями общего назначения.
История [ править ]
4-битный процессор может показаться ограниченным, но он хорошо подходит для калькуляторов, где каждая десятичная цифра умещается в четыре бита. [1]
Некоторые из первых микропроцессоров имели длину слова 4 бита и были разработаны примерно в 1970 году. Первым коммерческим микропроцессором был двоично-десятичный (на основе BCD) Intel 4004 , [2] [3] разработан для приложений калькуляторов в 1971 году; у него была длина слова 4 бита, но были 8-битные инструкции и 12-битные адреса. На смену ему пришел Intel 4040 , в котором была добавлена поддержка прерываний и множество других новых функций.
Первым коммерческим однокристальным компьютером стал 4-битный Texas Instruments TMS 1000 (1974 г.). [1] Он содержал 4-битный ЦП с гарвардской архитектурой и 8-битными инструкциями, встроенное ПЗУ инструкций и встроенное ОЗУ данных с 4-битными словами. [4]
Rockwell PPS-4 был еще одним ранним 4-битным процессором, представленным в 1972 году, который долгое время использовался в портативных играх и аналогичных целях. Он постоянно совершенствовался, и к 1975 году его объединили с несколькими вспомогательными микросхемами, чтобы создать одночиповый компьютер. [5]
4-битные процессоры были запрограммированы на языке ассемблера или Forth , например «Семейство MARC4 4-битных процессоров Forth». [6] (который сейчас снят с производства) из-за крайнего ограничения размера программ и того, что распространенные языки программирования (для микроконтроллеров , 8-битные и более), такие как язык программирования C , не поддерживают 4-битные типы данных (C и C++). и другие языки требуют, чтобы размер char тип данных должен быть не менее 8 бит, [7] и что все типы данных, кроме битовых полей, имеют размер, кратный размеру символа. [8] [9] [10] ).
В 1970-е годы появились 4-битные программные приложения для массового рынка, такие как карманные калькуляторы. использовались 4-битные микропроцессоры, В 1980-х годах в портативных электронных играх чтобы снизить затраты.
В 1970-х и 1980-х годах ряд исследовательских и коммерческих компьютеров использовали битовую нарезку (АЛУ) ЦП , при которой арифметико-логическое устройство было построено из нескольких секций шириной 4 бита, каждая секция включала в себя микросхему, такую как Am2901 или 74181 .
Zilog Z80 хоть и является 8-битным микропроцессором, но имеет 4-битное АЛУ. [11] [12]
Хотя Data General Nova представляет собой серию 16-битных миникомпьютеров, оригинальные Nova и Nova 1200 обрабатывали номера по 4 бита за раз с помощью 4-битного АЛУ. [13] иногда называемый «ниббл-сериалом». [14]
Процессоры HP Saturn , используемые во многих калькуляторах Hewlett-Packard в период с 1984 по 2003 год (включая серию научных калькуляторов HP 48 ), представляют собой «4-битные» (или гибридные 64-/4-битные) машины; как и Intel 4004, они объединяют несколько 4-битных слов вместе, например, для формирования 20-битного адреса памяти, а большинство регистров имеют ширину 64 бита и хранят 16 4-битных цифр. [15] [16] [17]
Кроме того, некоторые ранние калькуляторы, такие как Casio AL-1000 1967 года , Sinclair Executive 1972 года и вышеупомянутый HP Saturn 1984 года , имели 4-битные пути передачи данных , которые обращались к своим регистрам по 4 бита (одна цифра BCD) за раз. [18]
Использует [ править ]
В одном велосипедном компьютере указано, что он использует «4-битный одночиповый микрокомпьютер». [19] Другие типичные применения включают кофеварки , инфракрасные пульты дистанционного управления , [20] и охранная сигнализация . [21]
Процессор пишущих машинок Барби, способный шифровать, представляет собой 4-битный микроконтроллер. [22]
Подробности [ править ]
С помощью 4 битов можно создать 16 различных значений. Все однозначные шестнадцатеричные числа можно записать четырьмя битами.
Двоично-десятичное число — это метод цифрового кодирования чисел с использованием десятичной записи, при котором каждая десятичная цифра представлена четырьмя битами.
Список 4-битных процессоров [ править ]
- Intel 4004 (первый 4-битный микропроцессор 1971 года, хотя Four-Phase Systems AL1 1969 года старше, снят с производства в 1981 году)
- Intel 4040 (снято с производства в 1981 г.)
- TMS 1000 (первый крупносерийный коммерческий микроконтроллер 1974 года, после Intel 4004; сейчас снят с производства)
- Atmel MARC4 Ядро [23] [24] (снято с производства из-за низкого спроса. «Дата последней отправки: 7 марта 2015 г.» [25] )
- 4-битные микроконтроллеры Samsung S3C7 (серия KS57) (ОЗУ: от 512 до 5264 полубайтов, тактовая частота 6 МГц)
- Toshiba TLCS-47 Серия
- HP Сатурн
- НЭК μPD75X
- НЭК μCOM-4
- NEC (теперь Renesas ) μPD612xA (снято с производства), μPD613x, μPD6x [20] [26] и μPD1724x [27] Микроконтроллеры-передатчики инфракрасного дистанционного управления [28] [29]
- EM Microelectronic-Marin EM6600, Семейство [30] ЕМ6580, [31] [32] ЕМ6682, [33] и т. д.
- Epson S1C63 Семейство
- National Semiconductor «COPS I» и «COPS II» (« COP400 »). Семейства 4-битных микроконтроллеров [34]
- Национальная полупроводниковая компания MAPS MM570X
- Острый SM590/SM591/SM595 [35] : 26–34
- Острый SM550/SM551/SM552 [35] : 36–48
- Острый SM578/SM579 [35] : 49–64
- Острый SM5E4 [35] : 65–74
- Острый LU5E4POP [35] : 75–82
- Острый SM5J5/SM5J6 [35] : 83–99
- Острый SM530 [35] : 100–109
- Острый SM531 [35] : 110–118
- Острый SM500 [35] : 119–127 (ПЗУ 1197×8 бит, ОЗУ 40×4 бит, делитель и схема драйвера 56-сегментного ЖК-дисплея)
- Острый SM5K1 [35] : 128–140
- Острый SM4A [35] : 141–148
- Острый SM510 [35] : 149–158 (ПЗУ 2772×8 бит, ОЗУ 128×4 бит, делитель и схема драйвера 132-сегментного ЖК-дисплея)
- Острый SM511/SM512 [35] : 159–171 (ПЗУ 4032×8 бит, ОЗУ 128/142×4 бит, делитель и схема драйвера ЖК-дисплея на 136/200 сегментов)
- Острый SM563 [35] : 172–186
См. также [ править ]
- ГМК-4
- ЖК-контроллер Hitachi HD44780
- Шина/интерфейс Intel LPC (с малым количеством контактов) для 4-битной связи
- Intel Его преемник для современных компьютеров, усовершенствованный последовательный периферийный интерфейс (eSPI), обеспечивает 1-битную, 2-битную и 4-битную связь.
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Кен Ширрифф. «Реверс-инжиниринг оперативной памяти в ранних микросхемах калькуляторов Texas Instruments» .
- ^ Мак, Памела Э. (30 ноября 2005 г.). «Микрокомпьютерная революция» . Проверено 23 декабря 2009 г.
- ^ «История в учебной программе по информатике» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 июля 2011 г. Проверено 22 июня 2017 г.
- ^ Руководство по данным серии TMS 1000 (PDF) . Техасские инструменты . Декабрь 1976 года . Проверено 20 июля 2013 г.
- ^ «Роквелл ППС-4» .
- ^ «Форт Чипсы» . www.ultratechnology.com .
- ^ Спецификация ISO/IEC 9899:1999 . п. 20, § 5.2.4.2.1 . Проверено 24 июля 2023 г.
- ^ Спецификация ISO/IEC 9899:1999 . п. 37, § 6.2.6.1 (4) . Проверено 24 июля 2023 г.
- ^ Клайн, Маршалл. «Часто задаваемые вопросы по C++: правила относительно байтов, символов и символов» .
- ^ «4-битное целое число» . cplusplus.com . Проверено 21 ноября 2014 г.
- ^ Сима, Масатоши; Фаггин, Федерико; Унгерманн, Ральф; Слейтер, Майкл (27 апреля 2007 г.). «Группа устной истории Zilog, посвященная основанию компании и разработке микропроцессора Z80» (PDF) .
- ^ Ширрифф, Кен. «У Z-80 4-битное АЛУ» .
- ^ Хендри, Гарднер (22 ноября 2002 г.). «Устная история Эдсона (Эд) Д. де Кастро» (PDF) (интервью). п. 44.
- ^ "Нова 1200"
- ^ «Процессор Сатурна» . Проверено 23 декабря 2015 г.
- ^ «Руководство по процессору Сатурна» . Проверено 14 января 2014 г.
- ^ «Введение в язык ассемблера Saturn» . Проверено 14 января 2014 г.
- ^ "Настольные электронные калькуляторы: Casio AL-1000"
- ^ «Руководство Cateye Commuter» (PDF) . Проверено 11 февраля 2014 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «μPD67, 67A, 68, 68A, 69 4-битный однокристальный микроконтроллер для передачи инфракрасного дистанционного управления» (PDF) . document.renesas.com . Архивировано из оригинала (PDF) 6 января 2016 г.
- ^ Хаскелл, Ричард. «Введение в цифровую логику и микропроцессоры (лекция 12.2)» . Архивировано из оригинала 22 февраля 2014 г. Проверено 11 февраля 2014 г.
- ^ Пол Реуверс и Марк Саймонс. Крипто-музей. «Пишущая машинка Барби», 2015 г.
- ^ «4-битные микроконтроллеры MARC4 – Руководство программиста» (PDF) . Атмел . Архивировано из оригинала (PDF) 15 декабря 2014 г. Проверено 14 января 2014 г.
- ^ «4-битная архитектура MARC4» . Атмел . Архивировано из оригинала 31 мая 2009 г.
- ^ «Уведомление об окончании срока службы продукта (EOL)» (PDF) . Атмел . 07.03.2014. Архивировано из оригинала (PDF) 7 августа 2016 г.
- ^ «4-битный однокристальный микроконтроллер μPD6P9 для передачи инфракрасного дистанционного управления» (PDF) . document.renesas.com . Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2016 г.
- ^ «μPD17240, 17241, 17242, 17243, 17244, 17245, 17246 4-битные однокристальные микроконтроллеры для небольших инфракрасных передатчиков дистанционного управления общего назначения» (PDF) . document.renesas.com . Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2016 г.
- ^ «Микроконтроллеры для пультов дистанционного управления» (PDF) . document.renesas.com . Архивировано из оригинала (PDF) 19 декабря 2013 г.
- ^ «Продукты с масками ROM/ROMless, 4/8-битное дистанционное управление» . Архивировано из оригинала 28 октября 2008 г.
- ^ Кравотта, Роберт. «Встроенный каталог обработки» .
- ^ «ЕМ6580» . Архивировано из оригинала 19 декабря 2013 г. Проверено 12 мая 2013 г.
- ^ «ЕМ6580» .
- ^ «ЕМ6682» .
- ^ Калвер, Джон (27 сентября 2014 г.). «National Semiconductor: КС перед КС» . www.cpushack.com . Проверено 28 мая 2020 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н Справочник по микрокомпьютерам Sharp (PDF) . Сентябрь 1990 года . Проверено 5 января 2018 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Сатурн ЦП
- «Продукция: Высокопроизводительные 4-битные микроконтроллеры (семейство S1C63)» . Эпсон . Архивировано из оригинала 29 июля 2013 г.
- Рекомендации по 4-битной обработке