1-битные вычисления

1-битный программируемый логический контроллер MC14500BCP

В компьютерной архитектуре 1 -битные целые числа или другие единицы данных — это те, которые имеют ширину 1 бит (1/8 октета ). Кроме того, архитектуры 1-битного центрального процессора (ЦП) и арифметико-логического устройства (АЛУ) основаны на регистрах такого размера.

Не существует компьютеров или микроконтроллеров любого типа, которые были бы исключительно 1-битными для всех регистров и адресных шин . 1-битный регистр может хранить только два разных значения. Это очень ограничительно и поэтому недостаточно для счетчика программ , который в современных системах реализован во встроенном регистре, но не реализован внутри кристалла в некоторых 1-битных системах. Коды операций по крайней мере для одной 1-битной архитектуры процессора были 4-битными, а адресная шина — 8-битной.

Хотя 1-битные вычисления по большей части устарели, 1-битная последовательная связь все еще используется в современных компьютерах, которые в остальном, например, 64-битные, и, следовательно, также имеют гораздо большие шины.

Хотя 1-битные процессоры устарели, первый на углеродных нанотрубках компьютер 2013 года представляет собой 1-битный компьютер с одним набором инструкций (и имеет только 178 транзисторов; поскольку он имеет только одну инструкцию, хотя он может эмулировать 20 инструкций MIPS ). ^[1]

1 бит

Последовательный компьютер обрабатывает данные по одному биту за раз. Например, PDP-8/S представлял собой 12-битный компьютер, использующий 1-битное АЛУ, последовательно обрабатывающее 12 бит. ^[2]

Примером 1-битного компьютера, построенного на микросхемах SSI с дискретной логикой , является калькулятор Wang 500 (1970/1971). ^[3]^[4] а также Wang 1200 (1971/1972) ^[5] Серия текстовых процессоров, разработанная Wang Laboratories .

Примером 1-битной архитектуры, которая продавалась как ЦП, является промышленный блок управления Motorola MC14500B (ICU). ^[6]^[7] представлен в 1977 году и производился по крайней мере до середины 1990-х годов. ^[7] В его руководстве указано:

[…] Компьютеры и микрокомпьютеры также могут использоваться, но они, как правило, слишком усложняют задачу и часто требуют высококвалифицированного персонала для разработки и обслуживания системы. Было представлено более простое устройство, предназначенное для последовательной работы с входами и выходами и сконфигурированное как релейная система. Эти устройства стали известны в индустрии управления как программируемые логические контроллеры (ПЛК). Промышленный блок управления (ICU) Motorola MC14500B представляет собой монолитное воплощение центральной архитектуры ПЛК […]
Есть функции, для которых одноразрядные машины подходят плохо. […] В некоторых обстоятельствах комбинация MPU MC6800 и ICU MC14500B может быть лучшим решением. […]
Счетчик программ
Программный счетчик состоит из двух двоичных счетчиков MC145168 , соединенных вместе для создания 8-битного адреса памяти. Это дает системе возможность адресации 256 отдельных слов памяти. Счетчики настроены на подсчет по нарастающему фронту тактового сигнала ICU (CLK) и сбрасываются в ноль при сбросе ICU. Обратите внимание, что последовательность счета счетчика программы не может быть изменена какой-либо операцией ICU. Это подтверждает, что система настроена на циклическую структуру управления.
Память

Память этой системы состоит из одной памяти PROM MCM7641 размером 512 слов на 8 бит. Поскольку ширина счетчика программ составляет всего 8 бит, одновременно можно использовать только 256 слов (половину памяти). Однако, подключив старший или младший бит адреса памяти, разработчик системы может выбирать между двумя отдельными программами с помощью только перемычки. Это может быть желательной функцией, если требуются чрезвычайно быстрые изменения в системе.
— Справочник по промышленному блоку управления MC14500B ^[6]

Одним из компьютеров, основанных на этом процессоре, был 1-битный компьютер WDR . ^[8] Типичная последовательность инструкций программы для 1-битной архитектуры может быть следующей:

загрузить цифровой вход 1 в 1-битный регистр;
ИЛИ значение в 1-битном регистре со входом 2, оставляя результат в регистре;
запишите значение в 1-битный регистр на выход 1.

Эта архитектура считалась лучшей для программ, принимающих решения, а не для выполнения арифметических вычислений, для лестничной логики , а также для последовательной обработки данных. ^[6]

В академических кругах также проводится несколько исследований по проектированию 1-битных архитектур, и соответствующую 1-битную логику можно также найти в программировании.

Другими примерами 1-битных архитектур являются программируемые логические контроллеры (ПЛК), программируемые в списке команд (IL).

Несколько первых компьютеров с массовым параллелизмом также использовали 1-битную архитектуру процессоров. выпущенную в мае 1983 года Примеры включают Goodyear MPP, , и Connection Machine 1985 года . Используя 1-битную архитектуру для отдельных процессоров, можно было построить очень большой массив (например, Connection Machine имело 65 536 процессоров) с использованием технологии микросхем, доступной в то время. В этом случае медленные вычисления однобитного процессора были заменены большим количеством процессоров.

1-битные процессоры теперь можно считать устаревшими; не так много видов когда-либо производилось, по состоянию на 2022 год ^[update] некоторые микросхемы MC14500B можно приобрести у брокеров за устаревшие детали. ^[9]^[10]

См. также

Последовательная архитектура
Немного стук
Битовая нарезка
Машина Тьюринга
Расширенный последовательный периферийный интерфейс (eSPI) обеспечивает 1-битную связь.

Ссылки

^ Кортленд, Рэйчел (25 сентября 2013 г.). «Дебют первого компьютера, сделанного из углеродных нанотрубок. Скромная 1-битная машина с частотой 1 кГц может открыть новую пост-кремниевую эру» . IEEE Spectrum: Новости технологий, техники и науки . Архивировано из оригинала 15 июня 2022 г. Проверено 18 апреля 2021 г.
^ «III. Системная логика – 3.4. Схемы управления – 3.4.1 Сумматор». Руководство по техническому обслуживанию PDP-8/S (PDF) (4-е издание). Мейнард, Массачусетс, США: Digital Equipment Corporation . Август 1969 г. [октябрь 1967 г.]. стр. 3-14–3-15. Ф-87С. Архивировано (PDF) из оригинала 23 октября 2021 г. Проверено 15 июня 2022 г. (191 страница)
^ Вассерман, Кэти (март 2006 г.) [январь 2004 г.]. «Светодиодные калькуляторы управляют ее домом» . Информационный бюллетень для коллекционеров компьютеров / Перемотка технологий (Интервью). Беседовал Кобленц, Эван. Архивировано из оригинала 27 декабря 2019 г. Проверено 20 мая 2017 г. Вероятно, мой самый любимый — Wang 500. У него есть несколько уникальных особенностей: очень необычное ПЗУ, состоящее из сотен длинных эмалированных проводов, намотанных на железные сердечники; сверхбыстрый одноразрядный процессор, построенный на логических микросхемах SSI; и, конечно же, множество действительно классных разноцветных клавиш.
^ Обслуживание продукта — Схематическое руководство (PDF) . Wang Laboratories, Inc. 1974. 03-0019-0. Архивировано (PDF) из оригинала 20 мая 2017 г. Проверено 20 мая 2017 г.
^ Баттл, Джим (07 марта 2010 г.). «Ван 1200 - История Ван WP» . Архивировано из оригинала 21 мая 2017 г. Проверено 21 мая 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Грегори, Верн; Делланд, Брайан; ДиСильвестро, Рэй; Маларки, Терри; Смит, Фил; Хэдли, Майк (1977). Справочник по промышленному блоку управления Motorola MC14500B — Теория и работа однобитного КМОП-процессора, совместимого с КМОП-устройствами серии B (PDF) . Motorola Semiconductor Products Inc. 33-B78/8.0. Архивировано (PDF) из оригинала 1 апреля 2022 г. Проверено 20 мая 2017 г. (Примечание. Также доступно на немецком языке под названием «Справочник по промышленному блоку управления Motorola MC14500B - Theorie und Anwendung eines Ein-Bit-CMOS-Prozessors».)
^ Jump up to: ^а ^б «Промышленный блок управления MC14500B». Логические данные CMOS Motorola (PDF) . Технические данные полупроводников (3-е изд.). Моторола . 1995. стр. 306–313. Архивировано (PDF) из оригинала 20 мая 2017 г. Проверено 1 августа 2012 г.
^ Людвиг, Фолькер; Пашенда, Клаус; Шеперс, Хайнц; Терглане, Герман-Йозеф; Граннеманн, Клаус; Джон, Буркхард; Комар, Герман; Майнерсен, Людвиг (1986). Почти все о компьютере WDR 1-bit (PDF) (на немецком языке). Нойс и Реклингхаузен, Германия: DATANorf. Архивировано (PDF) из оригинала 20 мая 2017 г. Проверено 20 мая 2017 г.
^ «MC14500B Цена и наличие» . www.digipart.com . Архивировано из оригинала 15 июня 2022 г. Проверено 29 марта 2021 г.
^ «МС14500Б» . www.ebay.com . Архивировано из оригинала 15 июня 2022 г. Проверено 4 ноября 2019 г.

Дальнейшее чтение

Мюллер, Дитер (2005) [2004]. «Знаменитый/печально известный MC14500» . Архивировано из оригинала 3 августа 2017 г. Проверено 18 июля 2018 г.
Мюллер, Дитер (2008). «MC14500 и арифметика» . Архивировано из оригинала 20 мая 2017 г. Проверено 18 июля 2018 г.
Мюллер, Дитер (2008). «Модификация MC14500» . Архивировано из оригинала 20 марта 2017 г. Проверено 18 июля 2018 г.

Внешние ссылки

Шембри, Тьерри; Бизуар, Сильвен; Буассо, Оливье; Шово, Пьер-Эммануэль. «WDR-1-битный компьютер» . OLD-COMPUTERS.COM . Архивировано из оригинала 20 мая 2017 г. Проверено 20 мая 2017 г.

[Courtland_2013-1] Кортленд, Рэйчел (25 сентября 2013 г.). «Дебют первого компьютера, сделанного из углеродных нанотрубок. Скромная 1-битная машина с частотой 1 кГц может открыть новую пост-кремниевую эру» . IEEE Spectrum: Новости технологий, техники и науки . Архивировано из оригинала 15 июня 2022 г. Проверено 18 апреля 2021 г.

[DEC_1969-2] «III. Системная логика – 3.4. Схемы управления – 3.4.1 Сумматор». Руководство по техническому обслуживанию PDP-8/S (PDF) (4-е издание). Мейнард, Массачусетс, США: Digital Equipment Corporation . Август 1969 г. [октябрь 1967 г.]. стр. 3-14–3-15. Ф-87С. Архивировано (PDF) из оригинала 23 октября 2021 г. Проверено 15 июня 2022 г. (191 страница)

[Koblentz_2004-3] Вассерман, Кэти (март 2006 г.) [январь 2004 г.]. «Светодиодные калькуляторы управляют ее домом» . Информационный бюллетень для коллекционеров компьютеров / Перемотка технологий (Интервью). Беседовал Кобленц, Эван. Архивировано из оригинала 27 декабря 2019 г. Проверено 20 мая 2017 г. Вероятно, мой самый любимый — Wang 500. У него есть несколько уникальных особенностей: очень необычное ПЗУ, состоящее из сотен длинных эмалированных проводов, намотанных на железные сердечники; сверхбыстрый одноразрядный процессор, построенный на логических микросхемах SSI; и, конечно же, множество действительно классных разноцветных клавиш.

[Wang_1974_Schematics-4] Обслуживание продукта — Схематическое руководство (PDF) . Wang Laboratories, Inc. 1974. 03-0019-0. Архивировано (PDF) из оригинала 20 мая 2017 г. Проверено 20 мая 2017 г.

[Battle_2010-5] Баттл, Джим (07 марта 2010 г.). «Ван 1200 - История Ван WP» . Архивировано из оригинала 21 мая 2017 г. Проверено 21 мая 2017 г.

[Motorola_1977_MC14500B-6] Jump up to: ^а ^б ^с Грегори, Верн; Делланд, Брайан; ДиСильвестро, Рэй; Маларки, Терри; Смит, Фил; Хэдли, Майк (1977). Справочник по промышленному блоку управления Motorola MC14500B — Теория и работа однобитного КМОП-процессора, совместимого с КМОП-устройствами серии B (PDF) . Motorola Semiconductor Products Inc. 33-B78/8.0. Архивировано (PDF) из оригинала 1 апреля 2022 г. Проверено 20 мая 2017 г. (Примечание. Также доступно на немецком языке под названием «Справочник по промышленному блоку управления Motorola MC14500B - Theorie und Anwendung eines Ein-Bit-CMOS-Prozessors».)

[Motorola_1995_MC14500B-7] Jump up to: ^а ^б «Промышленный блок управления MC14500B». Логические данные CMOS Motorola (PDF) . Технические данные полупроводников (3-е изд.). Моторола . 1995. стр. 306–313. Архивировано (PDF) из оригинала 20 мая 2017 г. Проверено 1 августа 2012 г.

[Ludwig_1986_WDR-1-8] Людвиг, Фолькер; Пашенда, Клаус; Шеперс, Хайнц; Терглане, Герман-Йозеф; Граннеманн, Клаус; Джон, Буркхард; Комар, Герман; Майнерсен, Людвиг (1986). Почти все о компьютере WDR 1-bit (PDF) (на немецком языке). Нойс и Реклингхаузен, Германия: DATANorf. Архивировано (PDF) из оригинала 20 мая 2017 г. Проверено 20 мая 2017 г.

[Digipart_2022-9] «MC14500B Цена и наличие» . www.digipart.com . Архивировано из оригинала 15 июня 2022 г. Проверено 29 марта 2021 г.

[eBay_2022-10] «МС14500Б» . www.ebay.com . Архивировано из оригинала 15 июня 2022 г. Проверено 4 ноября 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]