stringtranslate.com

4-битные вычисления

4-битные вычисления — это использование компьютерных архитектур , в которых целые числа и другие единицы данных имеют ширину 4 бита . Архитектуры 4-битного центрального процессора (ЦП) и арифметико-логического устройства (АЛУ) основаны на регистрах или шинах данных такого размера. Группа из четырех битов также называется полубайтом и имеет 2 4 = 16 возможных значений.

4-битные процессоры широко использовались в электронных калькуляторах и других устройствах, где использовалась десятичная математика, таких как электронные кассовые аппараты , таймеры для микроволновых печей и т. д. Это связано с тем, что 4-битное значение содержит одну цифру в двоично-десятичном формате (BCD), что делает его естественным размером для непосредственной обработки десятичных значений. Поскольку 4-битное значение обычно слишком мало для хранения адреса памяти для реальных программ или данных, адресная шина этих систем обычно была больше. Например, канонический 4-битный микропроцессор Intel 4004 имел 12-битный формат адреса.

4-битные конструкции использовались только в течение короткого периода, когда интегральные схемы все еще были дорогими, и в основном использовались в чувствительных к стоимости целях. Хотя 4-битные вычисления по большей части устарели, 4-битные значения по-прежнему используются в тех же десятичных функциях, для которых они были разработаны, а современные реализации, как правило, намного шире и обрабатывают несколько 4-битных значений параллельно. Примером такой системы является конструкция HP Saturn 1980-х годов. К 1990-м годам большинство таких применений были заменены двоичными конструкциями общего назначения.

История

20-контактный PSOP — NEC D63GS: 4-битный микроконтроллер для передачи инфракрасного сигнала дистанционного управления.
16-контактный DIP-разъём — Intel C4004
Настольный калькулятор Olympia CD700 с использованием последовательного 4-битного микроконтроллера National Semiconductor MAPS MM570X.
Плата инфракрасного дистанционного управления — инфракрасный передатчик дистанционного управления , управляемый 4-битным микроконтроллером NEC D63GS.

4-битный процессор может показаться ограниченным, но он хорошо подходит для калькуляторов, где каждая десятичная цифра умещается в четыре бита. [1]

Некоторые из первых микропроцессоров имели длину слова 4 бита и были разработаны примерно в 1970 году. Первым коммерческим микропроцессором был двоично -десятичный (на основе BCD) Intel 4004 , [2] [3] , разработанный для приложений калькуляторов в 1971 году; у него была длина слова 4 бита, но были 8-битные инструкции и 12-битные адреса. На смену ему пришел Intel 4040 , в котором была добавлена ​​поддержка прерываний и множество других новых функций.

Первым коммерческим однокристальным компьютером стал 4-битный Texas Instruments TMS 1000 (1974 г.). [1] Он содержал 4-битный ЦП с гарвардской архитектурой и 8-битными инструкциями, встроенное ПЗУ инструкций и встроенное ОЗУ данных с 4-битными словами. [4]

Rockwell PPS-4 был еще одним ранним 4-битным процессором, представленным в 1972 году, который долгое время использовался в портативных играх и аналогичных целях. Он постоянно совершенствовался, и к 1975 году его объединили с несколькими вспомогательными микросхемами, чтобы создать одночиповый компьютер. [5]

4-битные процессоры были запрограммированы на языке ассемблера или Forth , например, «Семейство MARC4 4-битных процессоров Forth» [6] (выпуск которого сейчас прекращен) из-за крайнего ограничения размера программ и потому, что распространенные языки программирования (для микроконтроллеров , 8) -бит и больше), такие как язык программирования C , не поддерживают 4-битные типы данных (C, C++ и другие языки требуют, чтобы размер charтипа данных был не менее 8 бит [7] и чтобы все типы данных, отличные от битовых полей, имеют размер, кратный размеру символа [8] [9] [10] ).

В 1970-е годы появились 4-битные программные приложения для массового рынка, такие как карманные калькуляторы. В 1980-х годах в портативных электронных играх использовались 4-битные микропроцессоры, чтобы снизить затраты.

В 1970-х и 1980-х годах ряд исследовательских и коммерческих компьютеров использовали битовую нарезку , при которой арифметико-логическое устройство (АЛУ) ЦП было построено из нескольких секций шириной 4 бита, каждая секция включала в себя микросхему, такую ​​​​как Am2901 или 74181 .

Zilog Z80 хоть и является 8-битным микропроцессором, но имеет 4-битное АЛУ. [11] [12]

Хотя Data General Nova представляет собой серию 16-битных миникомпьютеров, оригинальные Nova и Nova 1200 обрабатывали по 4 бита за раз с помощью 4-битного ALU, [13] иногда называемого «nybble-serial». [14]

Процессоры HP Saturn , используемые во многих калькуляторах Hewlett-Packard в период с 1984 по 2003 год (включая серию научных калькуляторов HP 48 ), представляют собой «4-битные» (или гибридные 64-/4-битные) машины; как и в Intel 4004, они объединяют несколько 4-битных слов вместе, например, для формирования 20-битного адреса памяти, а большинство регистров имеют ширину 64 бита и хранят 16 4-битных цифр. [15] [16] [17]

Кроме того, некоторые ранние калькуляторы, такие как Casio AL-1000 1967 года, Sinclair Executive 1972 года и вышеупомянутый HP Saturn 1984 года  , имели 4-битные пути передачи данных , которые обращались к своим регистрам по 4 бита (одна цифра BCD) за раз. [18]

Использование

В одном велосипедном компьютере указано, что он использует «4-битный одночиповый микрокомпьютер». [19] Другие типичные области применения включают кофеварки , инфракрасные пульты дистанционного управления , [20] и охранную сигнализацию . [21]

Процессор пишущих машинок Барби, способный шифровать, представляет собой 4-битный микроконтроллер. [22]

Подробности

С помощью 4 битов можно создать 16 различных значений. Все однозначные шестнадцатеричные числа можно записать четырьмя битами.

Двоично-десятичное число — это метод цифрового кодирования чисел с использованием десятичной записи, при котором каждая десятичная цифра представлена ​​четырьмя битами.

Список 4-битных процессоров

Последовательный 4-битный микроконтроллер National Semiconductor MM5700CA/D

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Кен Ширрифф. «Реверс-инжиниринг оперативной памяти в ранних микросхемах калькуляторов Texas Instruments».
  2. ^ Мак, Памела Э. (30 ноября 2005 г.). «Микрокомпьютерная революция» . Проверено 23 декабря 2009 г.
  3. ^ «История в учебной программе по информатике» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 июля 2011 г. Проверено 22 июня 2017 г.
  4. ^ Руководство по данным серии TMS 1000 (PDF) . Инструменты Техаса . Декабрь 1976 года . Проверено 20 июля 2013 г.
  5. ^ "Роквелл ППС-4" .
  6. ^ "Форт Чипсы" . www.ultratechnology.com .
  7. ^ Спецификация ISO / IEC 9899: 1999. п. 20, § 5.2.4.2.1 . Проверено 24 июля 2023 г.
  8. ^ Спецификация ISO / IEC 9899: 1999. п. 37, § 6.2.6.1 (4) . Проверено 24 июля 2023 г.
  9. ^ Клайн, Маршалл. «Часто задаваемые вопросы по C++: правила относительно байтов, символов и символов».
  10. ^ «4-битное целое число». cplusplus.com . Проверено 21 ноября 2014 г.
  11. ^ Сима, Масатоши; Фаггин, Федерико; Унгерманн, Ральф; Слейтер, Майкл (27 апреля 2007 г.). «Группа устной истории Zilog, посвященная основанию компании и разработке микропроцессора Z80» (PDF) .
  12. ^ Ширрифф, Кен. «Z-80 имеет 4-битное АЛУ».
  13. ^ Хендри, Гарднер (22 ноября 2002 г.). «Устная история Эдсона (Эд) Д. де Кастро» (PDF) (интервью). п. 44.
  14. ^ "Нова 1200"
  15. ^ "Процессор Сатурна" . Проверено 23 декабря 2015 г.
  16. ^ «Руководство по процессору Сатурна» . Проверено 14 января 2014 г.
  17. ^ «Введение в язык ассемблера Saturn» . Проверено 14 января 2014 г.
  18. ^ "Настольные электронные калькуляторы: Casio AL-1000"
  19. ^ «Руководство Cateye Commuter» (PDF) . Проверено 11 февраля 2014 г.
  20. ^ ab «μPD67, 67A, 68, 68A, 69 4-битный однокристальный микроконтроллер для передачи инфракрасного дистанционного управления» (PDF) . document.renesas.com . Архивировано из оригинала (PDF) 6 января 2016 г.
  21. ^ Хаскелл, Ричард. «Введение в цифровую логику и микропроцессоры (лекция 12.2)». Архивировано из оригинала 22 февраля 2014 г. Проверено 11 февраля 2014 г.
  22. ^ Пол Реуверс и Марк Саймонс. Крипто-музей. «Пишущая машинка Барби», 2015 г.
  23. ^ «4-битные микроконтроллеры MARC4 - Руководство программиста» (PDF) . Атмел . Архивировано из оригинала (PDF) 15 декабря 2014 г. Проверено 14 января 2014 г.
  24. ^ «4-битная архитектура MARC4» . Атмел . Архивировано из оригинала 31 мая 2009 г.
  25. ^ «Уведомление об окончании срока службы продукта (EOL)» (PDF) . Атмел . 07.03.2014. Архивировано из оригинала (PDF) 7 августа 2016 г.
  26. ^ «4-битный однокристальный микроконтроллер μPD6P9 для инфракрасной передачи данных дистанционного управления» (PDF) . document.renesas.com . Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2016 г.
  27. ^ «4-битные однокристальные микроконтроллеры μPD17240, 17241, 17242, 17243, 17244, 17245, 17246 для небольших инфракрасных передатчиков дистанционного управления общего назначения» (PDF) . document.renesas.com . Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2016 г.
  28. ^ «Микроконтроллеры для пультов дистанционного управления» (PDF) . document.renesas.com . Архивировано из оригинала (PDF) 19 декабря 2013 г.
  29. ^ «Продукты с масками ROM/ROMless, 4/8-битное дистанционное управление» . Архивировано из оригинала 28 октября 2008 г.
  30. ^ Кравотта, Роберт. «Каталог встроенной обработки».
  31. ^ "EM6580". Архивировано из оригинала 19 декабря 2013 г. Проверено 12 мая 2013 г.
  32. ^ "EM6580".
  33. ^ "EM6682".
  34. ^ Калвер, Джон (27 сентября 2014 г.). «National Semiconductor: COP перед COPS». www.cpushack.com . Проверено 28 мая 2020 г.
  35. ^ abcdefghijklmn Справочник по микрокомпьютерам Sharp (PDF) . Сентябрь 1990 года . Проверено 5 января 2018 г.

Внешние ссылки