16-bit computing

Im Rechnerarchitektur, 16-Bit Ganzzahlen, Speicheradressen, oder andere Daten Einheiten sind diejenigen, die 16 sind Bits (2 Oktetten) breit. Auch 16-Bit Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und Arithmetik-Logikeinheit (ALU) Architekturen sind diejenigen, auf die basiert Register, Messbusse ansprechen, oder Datenbusse dieser Größe. 16-Bit Mikrocomputer sind Mikrocomputer, die 16-Bit verwenden Mikroprozessoren.

Ein 16-Bit-Register kann 2 speichern16 verschiedene Werte. Das Angebot von ganze Zahl Werte, die in 16 Bit gespeichert werden können Ganzzahldarstellung Gebraucht. Mit den beiden häufigsten Darstellungen beträgt der Bereich 0 bis 65.535 (2)16 - 1) zur Darstellung als (ohne Vorzeichen) binäre Zahlund –32,768 (–1 × 2)15) bis 32.767 (2)15 - 1) zur Darstellung als Zwei ergänzt. Seit 216 ist 65.536, ein Prozessor mit 16-Bit Speicheradressen Kann direkt auf 64 zugreifen KB (65.536 Bytes) von Byteadressibel Erinnerung. Wenn ein System verwendet Segmentierung Mit 16-Bit-Segment-Offsets kann mehr zugegriffen werden.

16-Bit-Architektur

Das MIT Wirbelwind (c. 1951)[1][2] war wahrscheinlich der erste 16-Bit-Computer. Es war eine ungewöhnliche Wortgröße für die Ära; Die meisten Systeme verwendet Sechs-Bit-Zeichencode und verwendete eine Wortlänge von mehreren 6-Bit. Dies änderte sich mit den Bemühungen zur Einführung ASCII, der einen 7-Bit-Code verwendete und natürlich zur Verwendung eines 8-Bit Binär codierte Dezimalzahl Ziffern.

Die 16-Bit-Wortlänge wurde somit in den 1960er Jahren häufiger, insbesondere in Minicomputer-Systemen. Frühe 16-Bit-Computer (c. 1965–70) beinhalten die IBM 1130,[3] das HP 2100,[4] das Daten General Nova,[5] und die DEC PDP-11.[6] Frühzeitig 16-Bit-Mikroprozessoren, oft modelliert auf einer der Mini -Plattformen, begann in den 1970er Jahren zu erscheinen. Beispiele (c. 1973–76) enthalten den Fünf-Chip Nationaler Halbleiter imp-16 (1973),[7] der Zwei-Chip NEC μcom-16 (1974),[8][7] der Drei-Chip Western Digital MCP-1600 (1975) und der Fünf-Chip Toshiba T-3412 (1976).[7]

Frühe 16-Bit-Mikroprozessoren mit einem Chip (c. 1975–76) enthalten die Panafacom MN1610 (1975),[9][10][7] Nationales Halbleitertempo (1975), Allgemeines Instrument CP1600 (1975), Texas Instrumente TMS9900 (1976),[7] Ferranti F100-l, und die HP BPC. Andere bemerkenswerte 16-Bit-Prozessoren sind die Intel 8086, das Intel 80286, das WDC 65C816, und die Zilog Z8000. Das Intel 8088 war binär kompatibel mit dem Intel 8086 und 16-Bit, da seine Register 16 Bit breit waren und die arithmetischen Anweisungen mit 16-Bit-Mengen funktionieren konnten, obwohl sein externer Bus 8 Bit breit war.

Eine 16-Bit-Ganzzahl kann 2 speichern16 (oder 65.536) unterschiedliche Werte. In einem (n ohne Vorzeichen Repräsentation, diese Werte sind die Ganzzahlen zwischen 0 und 65.535; Verwendung Zwei ergänzt, mögliche Werte reichen von –32.768 bis 32.767. Daher ein Prozessor mit 16-Bit Speicheradressen kann direkt auf 64 kb von zugreifen Byteadressibel Erinnerung.

16-Bit-Prozessoren wurden in der fast vollständig ersetzt persönlicher Computer Industrie und werden in eingebetteten Anwendungen weniger als 8-Bit-CPUs (oder 8-Bit) verwendet.

16/32-Bit Motorola 68000 und Intel 386SX

Das Motorola 68000 wird manchmal als 16-Bit bezeichnet, weil es die grundlegende Arithmetik umgeht. Der Anweisungssatz basierte auf 32-Bit Die Zahlen und die internen Register waren 32 Bit breit, daher ist der 68000 nach gemeinsamen Definitionen ein 32-Bit-Design. Intern wird 32-Bit-Arithmetik unter Verwendung von zwei 16-Bit-Operationen durchgeführt, was zu einigen Beschreibungen des Systems als 16-Bit oder "16/32" führt.

Solche Lösungen haben eine lange Geschichte im Computerfeld, in der verschiedene Designs gleichzeitig 1-Bit durchgeführt werden und als "serielle Arithmetik" bezeichnet werden, während die meisten Designs in den 1970er Jahren mindestens ein paar Bits gleichzeitig verarbeiteten. Ein häufiges Beispiel ist der Daten General Nova, ein 16-Bit-Design, das 16-Bit-Mathematik als Reihe von vier 4-Bit-Operationen durchgeführt wurde. 4-Bit war die Wortgröße eines weit verbreiteten Single-Chip-Alu und somit eine kostengünstige Implementierung. Mit der Definition, die auf den 68000 angewendet wird, wäre der Nova ein 4-Bit-Computer oder 4/16. Nicht lange nach der Einführung der Nova eine zweite Version wurde die Supernova eingesetzt, die vier der 4-Bit-Alus enthielt, die parallel laufend mathematische 16 Bits gleichzeitig ausführen und daher eine höhere Leistung anbieten. Dies war für den Benutzer und die Programme unsichtbar, bei denen immer 16-Bit-Anweisungen und Daten verwendet wurden. In ähnlicher Weise später 68000-Familie-Mitglieder wie die Motorola 68020, hatte 32-Bit Alus.

Man kann auch Referenzen auf Systeme sehen oder nicht 16-Bit basierend auf einer anderen Maßnahme. Ein häufiges ist, wenn der Adressraum nicht die gleiche Größe der Bits wie die internen Register hat. Die meisten 8-Bit-CPUs der 1970er Jahre fallen in diese Kategorie; das MOS 6502, Intel 8080, Zilog Z80 Und die meisten anderen hatten 16-Bit-Adressraum, der 64 KB Adressraum bereitstellte. Dies bedeutete auch, dass die Adressmanipulation zwei Anweisungszyklen erforderte. Aus diesem Grund hatten die meisten Prozessoren spezielle 8-Bit-Adressierungsmodi, die Null Seite, Verbesserung der Geschwindigkeit. Diese Art von Unterschied zwischen interner Registergröße und externer Adressgröße blieb in den 1980er Jahren, obwohl sie oft umgekehrt waren, da die Speicherkosten der ERA eine Maschine mit 32-Bit-Adressierung, 2 oder 4 GB, eine praktische Unmöglichkeit machten. Zum Beispiel nur der 68000 exponierte 24 Bit Ansprache auf die TAUCHENeinschränken, es auf eine noch riesige (für die Ära) 16 MB.[11]

Eine ähnliche Analyse gilt für Intels 80286 CPU -Austausch, genannt die 386SX, was ein 32-Bit-Prozessor mit 32-Bit ist Alu und interne 32-Bit-Datenpfade mit einem 16-Bit-externen Bus und einer 24-Bit-Adresor des von ihm ersetzten Prozessors.

16-Bit-Anwendung

Im Zusammenhang mit IBM PC kompatibel und WINTEL Plattformen, eine 16-Bit-Anwendung ist jede Software, für die geschrieben wurde MS-DOS, OS/2 1.x oder frühe Versionen von Microsoft Windows das ursprünglich auf dem 16-Bit lief Intel 8088 und Intel 80286 Mikroprozessoren. Solche Anwendungen verwendeten eine 20-bisschen oder 24-Bit Segment- oder Auswahl-Offset Adressdarstellung, um den Bereich der adressierbaren Speicherorte zu erweitern, die über das, was nur 16-Bit-Adressen möglich war, über die Möglichkeiten hinausgeht. Programme mit mehr als 216 Bytes (65.536 Bytes) von Anweisungen und Daten erforderten daher spezielle Anweisungen, um zwischen ihren 64 Kilobyten zu wechseln SegmenteErhöhung der Komplexität der Programmierung von 16-Bit-Anwendungen.

Liste von 16-Bit-CPUs

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Jahr 1951". Computergeschichte Museum. (siehe auch "Jahr 1943".).
  2. ^ Digitale Presse, Digital bei der Arbeit Archiviert 2013-07-02 bei der Wayback -Maschine, Pearson, 1992, ISBN1-55558-092-0, S. 4, 23.
  3. ^ "Das IBM 1130 -Computersystem". IBM Archive.
  4. ^ "HP 2116". Computergeschichte Museum.
  5. ^ "Daten General Nova Minicomputer". Computergeschichte Museum. Archiviert von das Original Am 2013-05-17. Abgerufen 2012-06-11.
  6. ^ Pearson, Jamie Parker (September 1992). Digital bei der Arbeit: Schnappschüsse aus den ersten fünfunddreißig Jahren. Digitale Presse. S. 58–61. ISBN 978-1-55558-092-6.
  7. ^ a b c d e Belzer, Jack; Holzman, Albert G.; Kent, Allen (1978). Enzyklopädie der Informatik und Technologie. Vol. 10-Lineare und Matrixalgebra zu Mikroorganismen: computergestützte Identifizierung. CRC Press. p. 402. ISBN 9780824722609.
  8. ^ "1970er Jahre: Entwicklung und Entwicklung von Mikroprozessoren" (PDF). Semiconductor History Museum Japans. Archiviert von das Original (PDF) Am 2019-06-27. Abgerufen 2019-06-27.
  9. ^ "16-Bit-Mikroprozessoren". CPU -Museum. Abgerufen 5. Oktober 2010.
  10. ^ "Geschichte". Pfu. Abgerufen 5. Oktober 2010.
  11. ^ Motorola M68000 Familie, Programmierer Referenzhandbuch (PDF). Motorola, Inc. 1992. Sec. 2.4, S. 2–21.