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 различных значений. Диапазон целочисленных значений , которые могут храниться в 16 битах, зависит от используемого целочисленного представления . Для двух наиболее распространенных представлений диапазон составляет от 0 до 65 535 (2 16 − 1) для представления в виде двоичного числа ( без знака ) и от −32 768 (−1 × 2 15 ) до 32 767 (2 15 − 1) для представления в виде дополнение до двух . Поскольку 2 16 равно 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.
MIT Whirlwind ( около 1951 г.) [1] [2] , возможно, был первым в мире 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] Data General Nova , [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 National Semiconductor IMP-16 (1973), [7] двухчиповый NEC μCOM-16 (1974), [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 иногда называют 16-битным из-за того, как он обрабатывает базовые арифметические операции. 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 бита — это размер 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. Аналогичным 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 процессора 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. .
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. Поэтому программам, содержащим более 216 байт ( 65 536 байт ) инструкций и данных, требовались специальные инструкции для переключения между их 64-килобайтными сегментами , что увеличивало сложность программирования 16-битных приложений.