8-битные вычисления

В компьютерной архитектуре 8 -битные целые числа или другие единицы данных — это те, которые имеют ширину 8 бит (1 октет ). Кроме того, архитектуры 8-битного центрального процессора (ЦП) и арифметико-логического устройства (АЛУ) основаны на регистрах или шинах данных такого размера. Адреса памяти (и, следовательно, адресные шины ) для 8-битных процессоров обычно больше, чем 8-битные, обычно 16-битные. 8-битные микрокомпьютеры — это микрокомпьютеры, в которых используются 8-битные микропроцессоры .

Термин «8-бит» также применяется к наборам символов , которые могут использоваться на компьютерах с 8-битными байтами, наиболее известными из которых являются различные формы расширенного ASCII , включая ISO/IEC 8859 серию национальных наборов символов , особенно латиницы. 1 для английского и западноевропейских языков.

IBM System/360 представила память с побайтовой адресацией и 8-битными байтами в отличие от памяти с побитовой адресацией, десятичной адресацией или адресацией по словам, хотя ее регистры общего назначения имели ширину 32 бита, а адреса содержались в младшие 24 бита этих адресов. Различные модели System/360 имели разную ширину внутренних путей данных; IBM System/360 Model 30 (1965) реализовала 32-битную архитектуру System/360, но имела 8-битную собственную ширину пути и выполняла 32-битную арифметику по 8 бит за раз. ^[1]

Первым широко распространенным 8-битным микропроцессором был Intel 8080 , который использовался во многих компьютерах для любителей в конце 1970-х и начале 1980-х годов и часто работал под управлением CP/M операционной системы ; у него были 8-битные слова данных и 16-битные адреса. Zilog Z80 (совместимый с 8080) и Motorola 6800 также использовались в подобных компьютерах. 8-битные процессоры Z80 и MOS Technology 6502 широко использовались в домашних компьютерах и игровых консолях второго и третьего поколений 1970-х и 1980-х годов. Многие 8-битные процессоры или микроконтроллеры составляют основу современных встраиваемых систем .

Исторический контекст

8-битные микропроцессоры были первыми широко используемыми микропроцессорами в компьютерной индустрии, что ознаменовало серьезный переход от мейнфреймов и миникомпьютеров к меньшим и более доступным системам. Появление 8-битных процессоров в 1970-х годах позволило начать производство персональных компьютеров, что привело к популяризации вычислений и заложило основу для современного компьютерного ландшафта.

1976 года Zilog Z80 , один из самых популярных 8-битных процессоров (хотя и с 4-битным ALU, по крайней мере, в оригинале), был снят с производства в 2024 году (его линейка продуктов Z84C00), а заказы Last Time Buy (LTB) поступили к июню. 14, 2024. ^[2]

Подробности

В 8-битном регистре могут храниться 2 ⁸ разные ценности. Диапазон используемого целочисленных значений , которые могут храниться в 8 битах, зависит от целочисленного представления . В двух наиболее распространенных представлениях диапазон составляет от 0 до 255 (2 ⁸ − 1) для представления в виде ( беззнакового ) двоичного числа и −128 (−1 × 2 ⁷) через 127 (2 ⁷ − 1) для представления в виде дополнения до двух .

8-битные процессоры используют 8-битную шину данных и, следовательно, могут получить доступ к 8 битам данных в одной машинной инструкции . Адресная шина обычно имеет ширину в два октета ( 16 бит ) по практическим и экономическим соображениям. Это подразумевает прямое адресное пространство размером 64 КБ (65 536 байт) на большинстве 8-битных процессоров.

Большинство домашних компьютеров 8-битной эпохи полностью использовали адресное пространство, например BBC Micro (модель B) с 32 КБ ОЗУ плюс 32 КБ ПЗУ . Другие, такие как очень популярный Commodore 64, имели полные 64 КБ ОЗУ плюс 20 КБ ПЗУ, что означает, что при 16-битной адресации не вся ОЗУ могла использоваться по умолчанию (например, из включенного в ПЗУ интерпретатора языка BASIC ); ^[3] без использования переключения банков , что позволяет преодолеть ограничение в 64 КБ (ОЗУ) в некоторых системах. Другие компьютеры имели бы всего 1 КБ (плюс 4 КБ ПЗУ), например Sinclair ZX80 (в то время как более поздний, очень популярный ZX Spectrum имел больше памяти), или даже всего 128 байт ОЗУ (плюс хранилище от картриджа ПЗУ ). как и в ранней игровой консоли Atari 2600 , и, таким образом, 8-битной адресации было бы достаточно для ОЗУ, если бы не требовалось также закрывать ПЗУ). Commodore 128 и другие 8-битные системы, то есть все еще с 16-битной адресацией, могли использовать более 64 КБ, то есть 128 КБ ОЗУ, а также BBC Master с возможностью расширения до 512 КБ ОЗУ.

В то время как в целом 8-битные процессоры имеют 16-битную адресацию, в некоторых архитектурах у вас есть обе, например, в процессоре MOS Technology 6502 , где нулевая страница широко используется, экономя один байт в инструкциях, обращающихся к этой странице, а также имея 16-битные инструкции адресации, которые занимают 2 байта для адреса плюс 1 для кода операции.

Некоторые индексные регистры , например два в 6502, являются 8-битными. Это ограничивает размер массивов, адресуемых с помощью инструкций индексированной адресации , объектами размером до 256 байт, не требуя более сложного кода. Другие 8-битные процессоры, такие как Motorola 6800 и Intel 8080 , имеют 16-битные индексные регистры.

Известные 8-битные процессоры

Первым коммерческим 8-битным процессором был Intel 8008 (1972 г.), который изначально предназначался для Datapoint 2200 интеллектуального терминала . Большинство конкурентов Intel начинали с таких символьно-ориентированных 8-битных микропроцессоров. Модернизированные варианты этих 8-битных машин по-прежнему являются одним из наиболее распространенных типов процессоров во встраиваемых системах.

Технология MOS 6502 и ее варианты использовались в персональных компьютерах, таких как Apple I , Apple II , 8-битные компьютеры Atari , BBC Micro , PET , VIC-20 , а также в домашних игровых консолях, таких как Atari. 2600 и развлекательная система Nintendo .

Ранние или популярные 8-битные процессоры (неполные)
Производитель	Процессор	Год	Комментарий
Интел	8008	1972	Datapoint 2200 Совместимость с
Сигнетика	2650	1973
Интел	8080	1974	Совместимость с источником 8008
Моторола	6800	1974
Фэйрчайлд	F8	1975
нет	6502	1975	Похож на 6800, но несовместим
Микрочип	ПОС	1975	Гарвардской архитектуры Микроконтроллер
Электронные массивы	EA9002	1976	8-битные данные, 12-битная адресация
РКА	1802	1976
Зилог	Z80	1976	Совместимость с двоичным кодом 8080
Интел	8085	1977	Совместимость с двоичным кодом 8080
Зилог	Z8	1978	Микроконтроллер Гарвардской архитектуры
Моторола	6809	1978	Совместимость с источником 6800
Интел	8051	1980	Микроконтроллер Гарвардской архитектуры
Моторола	68008	1982	32-битные регистры, 20- или 22-битная адресация, три 16-битных АЛУ, 8-битная шина данных; Совместимость с программным обеспечением Motorola 68000 , аппаратная совместимость с 6809
нет	6510	1982	Улучшенный 6502, специально созданный для использования в Commodore 64.
Рико	2А03	1982	Клон 6502 без инструкций BCD для Nintendo Entertainment System
Зилог	Z180	1985	Совместимость с двоичными данными Z80
Моторола	68HC11	1985
Хадсон	HuC6280	1987	Совместимость с двоичным кодом 65C02
Атмел	АВР	1996
Зилог	ЭЗ80	1999	Совместимость с двоичными данными Z80
Инфинеон	ХС800	2005
Фрискейл	68HC08	?
Моторола	6803	?
НЭК	78К0 ^[4]	?

Используйте для обучения, прототипирования и общего обучения аппаратному обеспечению.

8-битные процессоры продолжают разрабатываться и сегодня для общего обучения компьютерному оборудованию, а также для интересов любителей. Один такой ЦП был спроектирован и реализован с использованием интегральных схем серии 7400 на макетной плате . ^[5]^[6] Проектирование 8-битных процессоров и соответствующих ассемблеров — обычное упражнение для студентов-инженеров, инженеров и любителей. . Для этой цели используются FPGA

См. также

Кенбак-1

Ссылки

^ Амдал, генеральный директор ; Блаув, Джорджия ; Брукс, Ф.П. (1964). «Архитектура IBM System/360» (PDF) . Журнал исследований и разработок IBM . 8 (2): 87–101. дои : 10.1147/rd.82.0087 . Архивировано (PDF) из оригинала 10 августа 2017 г.
^ «Линейка продуктов X80: Z84C00» (PDF) . 15 апреля 2024 г.
^ «Переключение банков — C64-Wiki» . www.c64-wiki.com . Проверено 8 апреля 2021 г.
^ «НЭК 78К0» . НЭК . Архивировано из оригинала 28 октября 2008 г. Проверено 10 февраля 2009 г.
^ Оберхаус, Дэниел (9 февраля 2019 г.). «Этот парень спроектировал и построил 8-битный процессор с нуля» . Материнская плата . Проверено 4 ноября 2021 г.
^ Константино, Пауло. Самодельный 8-битный процессор + компьютер с графикой и звуком, созданный с нуля с использованием 74HC Logic .

[1] Амдал, генеральный директор ; Блаув, Джорджия ; Брукс, Ф.П. (1964). «Архитектура IBM System/360» (PDF) . Журнал исследований и разработок IBM . 8 (2): 87–101. дои : 10.1147/rd.82.0087 . Архивировано (PDF) из оригинала 10 августа 2017 г.

[2] «Линейка продуктов X80: Z84C00» (PDF) . 15 апреля 2024 г.

[3] «Переключение банков — C64-Wiki» . www.c64-wiki.com . Проверено 8 апреля 2021 г.

[4] «НЭК 78К0» . НЭК . Архивировано из оригинала 28 октября 2008 г. Проверено 10 февраля 2009 г.

[5] Оберхаус, Дэниел (9 февраля 2019 г.). «Этот парень спроектировал и построил 8-битный процессор с нуля» . Материнская плата . Проверено 4 ноября 2021 г.

[6] Константино, Пауло. Самодельный 8-битный процессор + компьютер с графикой и звуком, созданный с нуля с использованием 74HC Logic .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]