4-біт архітектура

Біт
Застосунок
Точність двійкової рухомої коми
Точність десяткового числа з рухомою комою
4-бітовий процесор Intel 4004

В архітектурі комп'ютера, 4-бітові цілі числа, адреси пам'яті та інші блоки даних, що мають ширину 4 біти. Крім того, 4-бітовими вважаються процесори і арифметико-логічні пристрої, що мають регістри, шини адреси або шини даних такої розрядності. Група з чотирьох бітів називається ніблом або півбайтом і має 24 = 16 можливих значень.

Деякі з перших мікропроцесорів, розроблених близько 1970 року, мали 4-бітову довжину слова. TMS 1000[en], перший у світі однокристальний мікропроцесор, був 4-розрядним процесором; він мав гарвардську архітектуру, з 8-розрядною постійною пам'яттю інструкцій на кристалі і 4-розрядну оперативну пам'ять даних на кристалі[1]. Першим комерційним мікропроцесором з двійково-десятковим кодуванням (англ. binary-coded decimal, BCD) був Intel 4004,[2][3] розроблений для калькулятора в 1971 році; він мав 4-бітову довжину слова, але 8-розрядні команди і 12-розрядні адреси.

Процесори HP Saturn[en], які використовувалися в багатьох калькуляторах Hewlett-Packard від 1984 до 2003 року (зокрема в наукових калькуляторах моделей HP 48[en]) є 4-бітовими (або гібридними 64-/4-біти). Подібно до Intel 4004, у них складалося кілька 4-бітових слів разом, наприклад, для формування 20 бітової адреси пам'яті, більшість регістрів були 64-бітовими та зберігали в пам'яті 16 4-розрядних чисел[4][5][6].

З 2003 року нові калькулятори Saturn на базі HP (в тому числі серії HP 49/50) використовують 32-розрядний процесор з ядром ARM920T для емуляції розширеної архітектури процесора Сатурн під назвою Сатурн+ на більш високій швидкості.

Програми для 4-розрядних процесорів створювалися на мові асемблера через обмеження обсягу пам'яті для програм і обмеження компіляторів (наприклад, мова програмування C не має вбудованої підтримки 4-бітового цілого типу; C вимагає, щоб розмір типу даних був щонайменше 8 біт, і щоб всі типи даних, крім бітових полів мали розмір, який є кратним 8 біт).

У 1970-ті роки з'являються 4-бітові користувацькі програми для масового ринку, наприклад, для кишенькових калькуляторів.

У 1970-і і 1980-і роки ряд науково-дослідних і комерційних комп'ютерів використовували секційні процесори, у яких арифметико-логічний пристрій (АЛП) побудовано з кількох 4-бітових секцій, кожна з яких має мікрочип, як-от Am2901 або 74181.

Zilog Z80 це 8-розрядний мікропроцесор, що має 4-бітовий АЛП[7][8][9].

Сучасне використання

Хоча 32- і 64-розрядні процесори більш помітні в сучасній побутовій електроніці, 4-розрядні процесори продовжують використовуватися (зазвичай як частини мікроконтролерів) у застосуваннях, що вимагають мінімальної обчислювальної потужності. Наприклад, для одного популярний велосипедного комп'ютера зазначено, що він використовує «4-бітовий однокристальний мікропроцесор»[10]. Інші типові галузі застосування включають кавоварки, інфрачервоні пульти дистанційного керування[11] й охоронні сигналізації[12].

Використання 4-розрядних процесорів зменшилось, порівняно з 8- або навіть 32-розрядними процесорами, оскільки важко знайти щось дешевше в магазинах електроприладів. Найпростіші види не доступні у жодному з них, а інші є дорожчими (кілька дорогих можна знайти, станом на 2014 рік, на eBay).

Магазин електроніки, як і раніше пропонують, станом на 2014, не-CPU / MCU 4-розрядні чипи, як-от лічильники.

Станом на 2015 рік, більшість материнських плат для персональних комп'ютерів, особливо ноутбуків, використовують 4-розрядний контролер LPC (з'явився 1998 року) для підключення до південного мосту флеш-пам'яті (UEFI або BIOS) і мікросхеми Super I/O[13] [14].

Подробиці

Використовуючи 4 біти, можливо отримати шістнадцять різних значень. Всі однозначні шістнадцяткові числа можна записати за допомогою чотирьох біт. Двійково-десятковий код чисел являє собою метод кодування десяткових чисел, де кожну десяткову цифру подано чотирма бітами.

Двійковий Вісімковий Десятковий Шістнадцятковий
0000 0 0 0
0001 1 1 1
0010 2 2 2
0011 3 3 3
0100 4 4 4
0101 5 5 5
0110 6 6 6
0111 7 7 7
1000 10 8 8
1001 11 9 9
1010 12 10 A
1011 13 11 B
1100 14 12 C
1101 15 13 D
1110 16 14 E
1111 17 15 F

Список 4-бітових процесорів

  • 10NES
  • TMS 1000
  • Intel 4004
  • Intel 4040
  • Atmel MARC4
  • Samsung S3C7 (KS57 Серія) 4-бітовий мікропроцесор (ОЗП: від 512 до 5264 півбайтів, частота 6 МГц)
  • Toshiba TLCS-47
  • HP Saturn та Saturn+
  • NEC μPD75X
  • NEC (зараз Renesas) µPD612xA (припинено), µPD613x, μPD6x та μPD1724x процесори для інфрачервоних пультів керування
  • EM Microelectronic-Marin EM6600, EM6580, EM6682.
  • Epson S1C63

Також дивіться

Примітки

  1. ↑ TMS 1000 Series Data Manual (PDF). Texas Instruments. December 1976. Архів оригіналу (PDF) за 19 грудня 2013. Процитовано 20 липня 2013.
  2. ↑ Mack, Pamela E. (30 листопада 2005). The Microcomputer Revolution. Архів оригіналу за 14 січня 2010. Процитовано 23 грудня 2009.
  3. ↑ History in the Computing Curriculum (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 19 липня 2011. Процитовано 22 червня 2017.
  4. ↑ The Saturn Processor. Архів оригіналу за 11 липня 2005. Процитовано 23 грудня 2015.
  5. ↑ Guide to the Saturn Processor. Архів оригіналу за 19 листопада 2012. Процитовано 14 січня 2014.
  6. ↑ Introduction to Saturn Assembly Language. Архів оригіналу за 6 серпня 2016. Процитовано 14 січня 2014.
  7. ↑ Shima, Masatoshi; Faggin, Federico; Ungermann, Ralph; Slater, Michael (27 квітня 2007). Zilog Oral History Panel on the Founding of the Company and the Development of the Z80 Microprocessor (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 14 вересня 2020. Процитовано 9 серпня 2020.
  8. ↑ Shirriff, Ken. The Z-80 has a 4-bit ALU. Архів оригіналу за 9 вересня 2013. Процитовано 9 серпня 2020.
  9. ↑ The Saturn Processor. Архів оригіналу за 11 липня 2005. Процитовано 23 грудня 2015.
  10. ↑ Cateye Commuter Manual (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 13 травня 2013. Процитовано 11 лютого 2014.
  11. ↑ μPD67, 67A, 68, 68A, 69 4-bit single-chip microcontroller for infrared remote control transmission (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 19 грудня 2013. Процитовано 20 березня 2016. [Архівовано 2013-12-19 у Wayback Machine.]
  12. ↑ Haskell, Richard. Introduction to Digital Logic and Microprocessors (Lecture 12.2). Архів оригіналу за 4 березня 2016. Процитовано 11 лютого 2014.
  13. ↑ Mueller, Scott (2004). Upgrading and Repairing Laptops. с. 176. ISBN 9780789728005. Архів оригіналу за 20 квітня 2016. Процитовано 20 березня 2016.
  14. ↑ Lawyer, David S. (2007). Plug-and-Play-HOWTO: LPC Bus. Архів оригіналу за 31 березня 2016. Процитовано 20 березня 2016.

Посилання