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
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.
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]
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
Intel 4004 (первый 4-битный микропроцессор 1971 года, хотя Four-Phase Systems AL1 1969 года старше, снят с производства в 1981 году)
^ аб Кен Ширрифф. «Реверс-инжиниринг оперативной памяти в ранних микросхемах калькуляторов Texas Instruments».
^ Мак, Памела Э. (30 ноября 2005 г.). «Микрокомпьютерная революция» . Проверено 23 декабря 2009 г.
^ «История в учебной программе по информатике» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 июля 2011 г. Проверено 22 июня 2017 г.
^ Руководство по данным серии TMS 1000 (PDF) . Инструменты Техаса . Декабрь 1976 года . Проверено 20 июля 2013 г.
^ "Роквелл ППС-4" .
^ "Форт Чипсы" . www.ultratechnology.com .
^ Спецификация ISO / IEC 9899: 1999. п. 20, § 5.2.4.2.1 . Проверено 24 июля 2023 г.
^ Спецификация ISO / IEC 9899: 1999. п. 37, § 6.2.6.1 (4) . Проверено 24 июля 2023 г.
^ Клайн, Маршалл. «Часто задаваемые вопросы по C++: правила относительно байтов, символов и символов».
^ «4-битное целое число». cplusplus.com . Проверено 21 ноября 2014 г.
^ Сима, Масатоши; Фаггин, Федерико; Унгерманн, Ральф; Слейтер, Майкл (27 апреля 2007 г.). «Группа устной истории Zilog, посвященная основанию компании и разработке микропроцессора Z80» (PDF) .
^ Ширрифф, Кен. «Z-80 имеет 4-битное АЛУ».
^ Хендри, Гарднер (22 ноября 2002 г.). «Устная история Эдсона (Эд) Д. де Кастро» (PDF) (интервью). п. 44.
^ "Нова 1200"
^ "Процессор Сатурна" . Проверено 23 декабря 2015 г.
^ «Руководство по процессору Сатурна» . Проверено 14 января 2014 г.
^ «Введение в язык ассемблера Saturn» . Проверено 14 января 2014 г.
^ «Руководство Cateye Commuter» (PDF) . Проверено 11 февраля 2014 г.
^ 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.
^ Хаскелл, Ричард. «Введение в цифровую логику и микропроцессоры (лекция 12.2)». Архивировано из оригинала 22 февраля 2014 г. Проверено 11 февраля 2014 г.
^ Пол Реуверс и Марк Саймонс. Крипто-музей. «Пишущая машинка Барби», 2015 г.
^ «4-битные микроконтроллеры MARC4 - Руководство программиста» (PDF) . Атмел . Архивировано из оригинала (PDF) 15 декабря 2014 г. Проверено 14 января 2014 г.
^ «4-битная архитектура MARC4» . Атмел . Архивировано из оригинала 31 мая 2009 г.
^ «Уведомление об окончании срока службы продукта (EOL)» (PDF) . Атмел . 07.03.2014. Архивировано из оригинала (PDF) 7 августа 2016 г.
^ «4-битный однокристальный микроконтроллер μPD6P9 для инфракрасной передачи данных дистанционного управления» (PDF) . document.renesas.com . Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2016 г.
^ «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.
^ «Микроконтроллеры для пультов дистанционного управления» (PDF) . document.renesas.com . Архивировано из оригинала (PDF) 19 декабря 2013 г.
^ «Продукты с масками ROM/ROMless, 4/8-битное дистанционное управление» . Архивировано из оригинала 28 октября 2008 г.