Jump to content

Битовая нарезка

(Перенаправлено с бит-срезового процессора )

Битовая нарезка — метод построения процессора из модулей процессоров меньшей разрядности с целью увеличения длины слова; теоретически сделать произвольный n -битный центральный процессор (ЦП). Каждый из этих модулей-компонентов обрабатывает одно битовое поле или «срез» операнда . Тогда сгруппированные компоненты обработки смогут обрабатывать выбранную полную длину слова данного проекта программного обеспечения.

Битовая обработка более или менее вымерла с появлением микропроцессора . Недавно он был использован в арифметико-логических устройствах (АЛУ) для квантовых компьютеров и в качестве программного обеспечения, например, для криптографии в x86 . процессорах [ 1 ]

Операционные детали

[ редактировать ]

Побитовые процессоры (BSP) обычно включают в себя 1- , 2- , 4- , 8- или 16-разрядные арифметико-логические устройства (АЛУ) и линии управления (включая сигналы переноса или переполнения , которые являются внутренними для процессора в ЦП без побитовой дискретизации). конструкции).

Например, две 4-битные микросхемы АЛУ можно расположить рядом с линиями управления между ними, чтобы сформировать 8-битное АЛУ (результат не обязательно должен быть степенью двойки, например, три 1-битных блока могут составить 3-битную микросхему). АЛУ, [ 2 ] таким образом, 3-битный (или n -битный) ЦП, в то время как 3-битный или любой ЦП с более высоким нечетным числом бит не производится и не продается в больших объемах). Четыре 4-битных чипа ALU можно использовать для создания 16-битного ALU. Для создания 32-битного слова ALU потребуется восемь микросхем. Разработчик может добавить столько фрагментов, сколько потребуется, чтобы манипулировать словами большей длины.

Микросеквенсор ПЗУ или управления будут использоваться для выполнения логики для предоставления данных и сигналов управления для регулирования функций компонентов АЛУ.

Известные побитовые микропроцессоры:

U830C

Историческая необходимость

[ редактировать ]

Нарезка битов, хотя в то время так и не называлась, также использовалась в компьютерах до создания крупномасштабных интегральных схем (LSI, предшественника сегодняшних СБИС или схем очень большой интеграции). Первой побитовой машиной была EDSAC 2 , построенная в математической лаборатории Кембриджского университета в 1956–1958 годах.

До середины 1970-х и конца 1980-х годов велись споры о том, какая ширина шины необходима в конкретной компьютерной системе для ее функционирования. Технология изготовления кремниевых чипов и их комплектующие были намного дороже, чем сегодня. Использование нескольких более простых и, следовательно, менее дорогих ALU рассматривалось как способ экономически эффективного увеличения вычислительной мощности. Хотя 32-битные в то время обсуждались микропроцессоры, лишь немногие из них находились в производстве.

Мэйнфреймы серии UNIVAC 1100 (одна из старейших серий, созданная в 1950-х годах) имеют 36-битную архитектуру, а в 1100/60, представленном в 1979 году, использовались девять Motorola MC10800. 4-битных ALU [ 12 ] чипы для реализации необходимой ширины слова при использовании современных интегральных схем. [ 16 ]

В то время 16-битные процессоры были распространены, но дороги, а 8-битные процессоры, такие как Z80 , широко использовались на зарождающемся рынке домашних компьютеров.

Объединение компонентов для производства побитовых продуктов позволило инженерам и студентам создавать более мощные и сложные компьютеры по более разумной цене, используя готовые компоненты, которые можно было настроить по индивидуальному заказу. Сложности создания новой компьютерной архитектуры значительно сократились, когда детали АЛУ уже были определены (и отлажены ).

Основное преимущество заключалось в том, что побитовая нарезка делала экономически возможным использование в небольших процессорах биполярных транзисторов , которые переключаются гораздо быстрее, чем NMOS или CMOS транзисторы. Это позволило значительно повысить тактовую частоту там, где требовалась скорость (например, для функций DSP или матричного преобразования ), или, как в случае с Xerox Alto , сочетание гибкости и скорости, прежде чем дискретные процессоры смогли это обеспечить.

Современное использование

[ редактировать ]

Использование программного обеспечения на оборудовании без побитовой срезки

[ редактировать ]

В более поздние времена термин «битовая нарезка» был повторно использован Мэтью Кваном. [ 17 ] относится к методу использования ЦП общего назначения для реализации нескольких параллельных простых виртуальных машин с использованием общих логических инструкций для выполнения операций с одной командой и несколькими данными ( SIMD ). Этот метод также известен как SIMD в регистре (SWAR).

Первоначально это была ссылка на статью Эли Бихама 1997 года «Быстрая новая реализация DES в программном обеспечении» : [ 18 ] которые достигли значительного увеличения производительности DES с помощью этого метода.

Побитовые квантовые компьютеры

[ редактировать ]

Чтобы упростить структуру схемы и снизить стоимость аппаратного обеспечения квантовых компьютеров (предложено запускать набор команд MIPS32 ) сверхпроводящее «4-битное арифметико-логическое устройство (АЛУ) с частотой 50 ГГц для 32-битных быстрых однопотоковых микропроцессоров. было продемонстрировано». [ 19 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Бенаджила, Ряд; Го, Цзянь; Ломне, Виктор; Пейрин, Томас (21 марта 2014 г.) [15 июля 2013 г.]. «Реализация облегченных блочных шифров в архитектурах x86» . Криптологический архив . Отчет 2013/445. Архивировано из оригинала 17 августа 2017 г. Проверено 28 декабря 2019 г.
  2. ^ «Как создать 1-битное АЛУ» . www.cs.umd.edu . Архивировано из оригинала 8 мая 2017 г. […] Вот как можно объединить три 1-битных АЛУ, чтобы создать 3-битное АЛУ […]
  3. ^ «3002 — Музей хижины процессора» . cpushack.com . Проверено 5 ноября 2017 г.
  4. ^ «Технологическое лидерство — биполярный микропроцессор» (PDF) . Сигнетика . С2.95 . Проверено 11 октября 2021 г.
  5. ^ «ИМП-4 – Национальный полупроводник» . ru.wikichip.org . Проверено 5 ноября 2017 г.
  6. ^ Jump up to: а б с д и Конечно, Райнер (1989) [1988-10-01]. «5.2 Микропроцессор — универсальная вычислительная машина». компьютеры – Введение в структуру компьютерного оборудования Цифровые . Коллекция Гёшена (на немецком языке). Том 2050 (4-е переработанное изд.). Берлин, Германия: Walter de Gruyter & Co. 198. ИСБН  3-11011700-2 . (320 страниц)
  7. ^ «6701 — Музей хижины процессора» . cpushack.com . Проверено 5 ноября 2017 г.
  8. ^ «5700/6700 — Монолитные воспоминания» . ru.wikichip.org . Проверено 5 ноября 2017 г.
  9. ^ «Файл: MMI 5701-6701 MCU (август 1974 г.).pdf» (PDF) . ru.wikichip.org . Проверено 5 ноября 2017 г.
  10. ^ «4-битный расширяемый биполярный микроконтроллер 5701/6701, август 74 г.» (PDF) . Проверено 24 мая 2021 г.
  11. ^ «СН74С481» . Музей «Хажина процессора» . Проверено 5 ноября 2017 г.
  12. ^ Jump up to: а б Мюллер, Дитер (2012). «МС10800» . 6502.org . Архивировано из оригинала 18 июля 2018 г. Проверено 5 ноября 2017 г.
  13. ^ Курт, Рюдигер; Отлично, Мартин; Голод, Генри, ред. (27 сентября 2021 г.) [2006]. «Интегральные схемы» . robotrontechnik.de (на немецком языке). Архивировано из оригинала 3 декабря 2021 г. Проверено 7 декабря 2021 г.
  14. ^ Оппельт, Дирк (2016). «Восточный блок DEC PDP» . cpu-collection.de . Нюрнберг, Германия. Архивировано из оригинала 9 августа 2016 г. Проверено 7 декабря 2021 г.
  15. ^ Саломон, Питер (25 июня 2007 г.). «Einsatzgebiete des U830C und Chipsatz» [Применение U830C и чипсета]. Robotrontechnik-Forum (на немецком языке). Архивировано из оригинала 10 ноября 2019 г. Проверено 7 декабря 2021 г.
  16. ^ «Компьютеры Sperry Univac System 1100/60» (PDF) . Делран, Нью-Джерси, США: Исследовательская корпорация Datapro. Январь 1983 года. 70C-877-12 . Проверено 11 октября 2021 г.
  17. ^ «Битслис DES» . darkside.com.au . Проверено 5 ноября 2017 г.
  18. ^ Бихам, Эли (1997). «Новая быстрая реализация DES в программном обеспечении» . cs.technion.ac.il . Проверено 5 ноября 2017 г.
  19. ^ Тан, Гуан-Мин; Таката, Кенсуке; Танака, Масамицу; Фудзимаки, Акира; Такаги, Казуёси; Такаги, Наофуми (январь 2016 г.) [09 декабря 2015 г.]. «4-битная побитовая арифметико-логическая единица для 32-битных микропроцессоров RSFQ». Транзакции IEEE по прикладной сверхпроводимости . 26 (1): 2507125. Бибкод : 2016ITAS...2607125T . дои : 10.1109/TASC.2015.2507125 . S2CID   25478156 . 1300106. […] Было продемонстрировано 4-битное арифметико-логическое устройство (АЛУ) для 32-битных быстрых однопоточных микропроцессоров. Предлагаемое ALU охватывает все операции ALU для набора команд MIPS32. […] Он состоит из 3481 джозефсоновского перехода площадью 3,09 × 1,66 мм. 2 . Он достиг целевой частоты 50 ГГц и задержки 524 пс для 32-битной операции при расчетном напряжении смещения постоянного тока 2,5 мВ […] Еще один 8-битный параллельный АЛУ был спроектирован и изготовлен с целевой частотой обработки 30 ГГц […] Для достижения производительности, сравнимой с параллельными КМОП-микропроцессорами, работающими на частоте 2–3 ГГц, 4-битную побитовую обработку следует выполнять с тактовой частотой в несколько десятков гигагерц. Несколько последовательных арифметических схем были успешно продемонстрированы на высокоскоростных тактовых частотах выше 50 ГГц […]

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: f6ce70fadfbba2cf872a91cf8adec66c__1719127200
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/f6/6c/f6ce70fadfbba2cf872a91cf8adec66c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Bit slicing - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)