В компьютерной архитектуре 1 -битные целые числа или другие единицы данных — это те, которые имеют ширину 1 бит (1/8 октета ). Кроме того, 1-битные архитектуры центрального процессора (ЦП) и арифметико-логического устройства (АЛУ) — это те, которые 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 различных значения. Это очень ограничительно и, следовательно, недостаточно для программного счетчика , который в современных системах реализован в регистре на кристалле, но не реализован на кристалле в некоторых 1-битных системах. Коды операций по крайней мере для одной архитектуры 1-битного процессора были 4-битными, а адресная шина была 8-битной.
Хотя 1-битные вычисления в основном устарели, 1-битная последовательная связь все еще используется в современных компьютерах, которые в остальном являются, например, 64-битными и, следовательно, имеют гораздо более крупные шины.
Хотя 1-битные процессоры устарели, первый компьютер на основе углеродных нанотрубок, появившийся в 2013 году, представляет собой 1-битный компьютер с одним набором инструкций (и имеет всего 178 транзисторов; поскольку у него всего одна инструкция, он может эмулировать 20 инструкций MIPS ). [1]
Последовательный компьютер обрабатывает данные по одному биту за раз. Например, PDP-8/S был 12-битным компьютером, использующим 1-битный ALU, обрабатывающим 12 бит последовательно. [2]
Примером 1-битного компьютера, построенного на дискретных логических микросхемах SSI , является калькулятор Wang 500 (1970/1971) [3] [4] , а также серия текстовых процессоров Wang 1200 (1971/1972) [5] , разработанная Wang Laboratories .
Примером 1-битной архитектуры, которая продавалась как ЦП, является промышленный блок управления Motorola MC14500B (ICU), [6] [7], представленный в 1977 году и выпускавшийся по крайней мере до середины 1990-х годов. [7] В его руководстве указано:
[…] Компьютеры и микрокомпьютеры также могут использоваться, но они, как правило, чрезмерно усложняют задачу и часто требуют высококвалифицированного персонала для разработки и обслуживания системы. Было представлено более простое устройство, разработанное для работы с входами и выходами по одному за раз и сконфигурированное так, чтобы напоминать релейную систему. Эти устройства стали известны в индустрии управления как программируемые логические контроллеры (ПЛК). Промышленный блок управления (ICU) Motorola MC14500B является монолитным воплощением центральной архитектуры ПЛК […]
Существуют функции, для которых однобитные машины плохо подходят. […] В некоторых обстоятельствах наилучшим решением может оказаться комбинация микропроцессора MC6800 и блока ICU MC14500B. […]
Счетчик программ
Счетчик программ состоит из двух двоичных счетчиков MC145168 , соединенных вместе для создания 8 бит адреса памяти. Это дает системе возможность адресовать 256 отдельных слов памяти. Счетчики настроены на подсчет по переднему фронту сигнала синхронизации ICU (CLK) и сбрасываются в ноль при сбросе ICU. Обратите внимание, что последовательность подсчета счетчика программ не может быть изменена какой-либо операцией ICU. Это подтверждает, что система настроена на наличие циклической структуры управления.Память
Память для этой системы состоит из одной памяти MCM7641 512 слов на 8 бит PROM. Поскольку счетчик программ имеет ширину всего 8 бит, только 256 слов (половина памяти) могут использоваться в любой момент времени. Однако, подключая старший бит адреса памяти к высокому или низкому уровню, разработчик системы может выбирать между двумя отдельными программами с помощью только перемычки. Это может быть желательной функцией, если требуются чрезвычайно быстрые изменения системы.
— Справочник по промышленному блоку управления MC14500B [6]
Одним из известных компьютеров, основанных на этом процессоре, был компьютер WDR 1-bit . [8] Типичная последовательность инструкций из программы для 1-битной архитектуры может быть такой:
Эта архитектура считалась лучшей для программ, принимающих решения, а не выполняющих арифметические вычисления, для релейной логики , а также для последовательной обработки данных. [6]
В академических кругах также существует несколько исследований по проектированию 1-битных архитектур, а соответствующая 1-битная логика также может быть найдена в программировании.
Другими примерами 1-битной архитектуры являются программируемые логические контроллеры (ПЛК), запрограммированные в списке инструкций (IL).
Несколько ранних компьютеров с массовым параллелизмом также использовали 1-битную архитектуру для процессоров. Примерами служат Goodyear MPP мая 1983 года и Connection Machine 1985 года . Используя 1-битную архитектуру для отдельных процессоров, можно было построить очень большой массив (например, Connection Machine имела 65 536 процессоров) с использованием чиповой технологии, доступной в то время. В этом случае медленные вычисления 1-битного процессора компенсировались большим количеством процессоров.
1-битные процессоры теперь можно считать устаревшими; их было произведено не так много видов, но по состоянию на 2022 год [update]некоторые чипы MC14500B доступны у брокеров для устаревших деталей. [9] [10]
Наверное, мой самый любимый — Wang 500. У него есть несколько уникальных особенностей: очень необычная память ROM, сделанная из сотен длинных проводов с эмалевым покрытием, обернутых вокруг железных сердечников; сверхбыстрый однобитный ЦП, построенный на логических микросхемах SSI; и, конечно же, множество действительно круто выглядящих цветных клавиш.