16-битные вычисления
 | Эта статья нуждается в дополнительных ссылок для проверки . ( март 2023 г. ) |
| Разрядность архитектуры компьютера |
|---|
| Кусочек |
| Приложение |
| с плавающей запятой Двоичная точность |
| с плавающей запятой Десятичная точность |
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 составляет 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 [ править ]
( Вихрь Массачусетского технологического института ок . 1951 г.) [1] [2] вполне возможно, был первым в истории 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, хотя 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.
Motorola 68000 и 386SX 16/32- битный Intel
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-битный размер слова был размером 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. Подобным 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 той эпохи 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]
Аналогичный анализ применим к замене ЦП Intel 80286 , 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 [ править ]
В контексте платформ IBM PC и 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 [ править ]
 |
- Ангстрем
- Общие данные
- Корпорация цифрового оборудования
- EnSilica
- Фэйрчайлд Полупроводник
- Ферранти
- Ферранти F100-L
- Ферранти F200-L
- Общий инструмент
- Hewlett Packard
- Ханивелл
- Honeywell Уровень 6 /DPS 6
- ИБМ
- Инфинеон
- Интел
- Локхид
- МИЛ-СТД-1750А
- Моторола
- Национальный полупроводник
- НЭК
- микроком-16
- НЭК V20 и V30
- Панафаком
- МН1610
- Ренесас
- Renesas M16C (16-битные регистры, 24-битное адресное пространство)
- Рико
- Ricoh 5A22 (клон WDC 65816, используемый в SNES )
- Инструменты Техаса
- Тошиба
- Т-3412
- Западный дизайн-центр
- Western Digital
- МСР-1600
- используется в DEC LSI-11
- используется в Pascal MicroEngine
- используется в WD16
- МСР-1600
- Ксерокс
- Зилог
См. также [ править ]
- 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)
- Битовая глубина звука – 16-битная глубина является наиболее распространенной битовой глубиной, например, для аудио компакт-дисков .
Ссылки [ править ]
- ^ «1951 год» . Музей истории компьютеров . (смотрите 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 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Это 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 годы: 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.