4-битные процессоры широко использовались в электронных калькуляторах и других устройствах, где использовалась десятичная математика, например, в электронных кассовых аппаратах , таймерах микроволновых печей и т. д. Это связано с тем, что 4-битное значение содержит одну двоично-десятичную цифру (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 были все еще дорогими, и в основном использовались в чувствительных к стоимости ролях. Хотя 4-битные вычисления в основном устарели, 4-битные значения по-прежнему используются в тех же десятично-центрических ролях, 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.
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 4-битную длину слова и были разработаны около 1970 года. Первым коммерческим микропроцессором был двоично-десятичный (на основе BCD) Intel 4004 , [2] [3], разработанный для приложений калькулятора в 1971 году; он имел 4-битную длину слова, но имел 8-битные инструкции и 12-битные адреса. За ним последовал Intel 4040 , который добавил поддержку прерываний и множество других новых функций.
Первым коммерческим однокристальным компьютером был 4-битный Texas Instruments TMS 1000 (1974). [1] Он содержал 4-битный ЦП с архитектурой Гарварда 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 подобных ролях. Он постоянно совершенствовался и к 1975 году был объединен с несколькими вспомогательными чипами для создания компьютера с одним чипом. [5]
4-битные процессоры программировались на языке ассемблера или Forth , например, «MARC4 Family of 4 bit Forth CPU» [6] (который в настоящее время снят с производства) из-за экстремальных ограничений на размер программ и потому, что распространенные языки программирования (для микроконтроллеров , 8-битных и более), 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, кроме битовых полей, имели размер, кратный размеру символа [8] [9] [10] ).
В 1970-х годах появились 4-битные программные приложения для массовых рынков, такие как карманные калькуляторы. В 1980-х годах 4-битные микропроцессоры использовались в портативных электронных играх, чтобы снизить затраты.
В 1970-х и 1980-х годах ряд исследовательских и коммерческих компьютеров использовали технологию битовой нарезки , при которой арифметико-логическое устройство (АЛУ) центрального процессора состояло из нескольких 4-битных секций, каждая из которых включала микросхему, например Am2901 или 74181 .
Zilog Z80 , хотя и является 8-битным микропроцессором, имеет 4-битное АЛУ. [11] [12]
Хотя Data General Nova представляет собой серию 16-битных мини-компьютеров, оригинальный Nova и Nova 1200 внутренне обрабатывали числа по 4 бита за раз с помощью 4-битного АЛУ [13] , иногда называемого «последовательным по порядку». [14]
Процессоры HP Saturn , использовавшиеся во многих калькуляторах Hewlett-Packard в период с 1984 по 2003 год (включая серию научных калькуляторов HP 48 ), являются «4-битными» (или гибридными 64-/4-битными) машинами; как и Intel 4004, они объединяют несколько 4-битных слов вместе, например, для формирования 20-битного адреса памяти, а большинство регистров имеют ширину 64 бита, храня 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 каналы передачи данных , которые обращались к своим регистрам по 4 бита (одна цифра BCD) за раз. [18]
Процессор в пишущих машинках Барби, который может шифровать, представляет собой 4-битный микроконтроллер. [22]
Подробности
С помощью 4 бит можно создать 16 различных значений. Все однозначные шестнадцатеричные числа можно записать с помощью четырех бит.
Двоично-десятичное кодирование — это метод цифрового кодирования чисел с использованием десятичной системы счисления, в котором каждая десятичная цифра представлена четырьмя битами.
^ Шима, Масатоси; Фаггин, Федерико; Унгерманн, Ральф; Слейтер, Майкл (27.04.2007). «Устная историческая панель Zilog об основании 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 Saturn" . Получено 23.12.2015 .
^ "Руководство по процессору Saturn" . Получено 2014-01-14 .
^ "Введение в язык ассемблера Saturn" . Получено 14.01.2014 .
.jpg/1280px-Olympia_CD700_Desktop_Calculator._1971.Microprogrammable_Arithmetic_Processor_System_Devices_(MAPS).jpg)
