1-Bit-Computing - 1-bit computing

In der Computerarchitektur sind 1-Bit- Ganzzahlen oder andere Dateneinheiten diejenigen, die 1 Bit (1/8 Oktett ) breit sind. Außerdem sind 1-Bit- Architekturen einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) und einer arithmetischen Logikeinheit (ALU) diejenigen, die auf Registern dieser Größe basieren .

Es gibt keine Computer, Mikrocontroller jeglicher Art, wie speicherprogrammierbare Steuerungen , die ausschließlich 1-Bit für alle Register und Adressbusse verwenden . Ein 1-Bit-Register kann nur 2 1 verschiedene Werte speichern , also 0 oder 1, oder sie können zB ein und aus bedeuten. Dies ist sehr restriktiv, z. B. nicht genug für einen Programmzähler (der auf modernen Systemen in einem On-Chip-Register implementiert ist), der in einigen 1-Bit-Systemen nicht auf dem Chip implementiert ist. Opcodes für mindestens eine 1-Bit-Prozessorarchitektur waren 4-Bit und der Adressbus war 8-Bit.

Während 1-Bit-CPUs veraltet sind, ist der erste Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Computer ein 1-Bit -Computer mit einem Befehlssatz (und hat nur 178 Transistoren).

1-Bit

Ein serieller Computer verarbeitet Daten bitweise. Zum Beispiel war der PDP-8/S ein 12-Bit- Computer, der eine 1-Bit-ALU verwendet und die 12 Bit seriell verarbeitet.

Ein Beispiel für einen 1-Bit-Computer, der aus diskreten Logik- SSI- Chips aufgebaut ist, ist der Wang 500 (1970/1971)-Rechner sowie die Wang 1200 (1971/1972)-Wortprozessorserie von Wang Laboratories .

Ein Beispiel für eine 1-Bit-Architektur, die als CPU vermarktet wurde, ist die Motorola MC14500B Industrial Control Unit (ICU), die 1977 eingeführt und mindestens bis Mitte der 1990er Jahre hergestellt wurde. In seinem Handbuch steht:

[..] Computer und Mikrocomputer können ebenfalls verwendet werden, aber sie verkomplizieren die Aufgabe oft zu sehr und erfordern oft hochqualifiziertes Personal, um das System zu entwickeln und zu warten. Es wurde ein einfacheres Gerät eingeführt, das für den gleichzeitigen Betrieb an Ein- und Ausgängen ausgelegt und so konfiguriert ist, dass es einem Relaissystem ähnelt. Diese Geräte wurden in der Steuerungsindustrie als speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) bekannt. Die Motorola MC14500B Industrial Control Unit (ICU) ist die monolithische Verkörperung der zentralen Architektur der SPS [..]

Es gibt Funktionen, für die Ein-Bit-Maschinen schlecht geeignet sind. [..] Unter Umständen ist eine Kombination aus einer MC6800 MPU und einer MC14500B ICU die beste Lösung. [..]

Programmzähler
Der Programmzähler besteht aus zwei MC145168 binären Aufwärtszählern , die miteinander verkettet sind, um 8 Bit Speicheradresse zu bilden. Dies gibt dem System die Fähigkeit, 256 separate Speicherwörter zu adressieren. Die Zähler sind so konfiguriert, dass sie bei der steigenden Flanke des ICU-Taktsignals (CLK) aufwärts zählen und beim Zurücksetzen der ICU auf Null zurückgesetzt werden. Beachten Sie, dass die Zählreihenfolge des Programmzählers durch keinen Betrieb der ICU geändert werden kann. Dies bestätigt, dass das System für eine Schleifensteuerungsstruktur konfiguriert ist.

Erinnerung

Der Speicher für dieses System besteht aus einem MCM7641 512-Wort mal 8 Bit PROM-Speicher. Da der Programmzähler nur 8 Bit breit ist, können gleichzeitig nur 256 Wörter (die Hälfte des Speichers) verwendet werden. Indem jedoch das höchstwertige Bit der Adresse des Speichers hoch oder niedrig verdrahtet wird, kann der Systemdesigner mit nur einer Jumper-Option zwischen zwei separaten Programmen wählen. Dies kann eine wünschenswerte Funktion sein, wenn extrem schnelle Systemänderungen erforderlich sind.

—  MC14500B HANDBUCH FÜR INDUSTRIELLE STEUERGERÄTE

Einer der Computer, von denen bekannt war, dass sie auf dieser CPU basierten, war der WDR 1-Bit-Computer . Eine typische Befehlsfolge aus einem Programm für eine 1-Bit-Architektur könnte sein:

  • Digitaleingang 1 in ein 1-Bit-Register laden;
  • ODER den Wert im 1-Bit-Register mit Eingang 2, wobei das Ergebnis im Register verbleibt;
  • schreibe den Wert in das 1-Bit-Register auf Ausgang 1.

Diese Architektur wurde als überlegen für Programme angesehen, die Entscheidungen treffen, anstatt arithmetische Berechnungen durchzuführen, sowohl für die Ladder-Logik als auch für die serielle Datenverarbeitung.

Auch im akademischen Bereich gibt es mehrere Designstudien für 1-Bit-Architekturen, und entsprechende 1-Bit-Logik findet sich auch in der Programmierung.

Andere Beispiele für 1-Bit-Architekturen sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), die in Befehlslisten (IL) programmiert sind .

Mehrere frühe massiv parallele Computer verwendeten auch 1-Bit-Architekturen für die Prozessoren. Beispiele sind das Goodyear MPP und die Connection Machine . Durch die Verwendung einer 1-Bit-Architektur für die einzelnen Prozessoren konnte mit der damals verfügbaren Chiptechnologie ein sehr großes Array (zB hatte die Connection Machine 65.536 Prozessoren) aufgebaut werden. In diesem Fall wurde die langsame Berechnung eines 1-Bit-Prozessors gegen die große Anzahl von Prozessoren abgewogen.

1-Bit-CPUs können jetzt als veraltet angesehen werden; Es wurden noch nicht viele Arten hergestellt, aber ab 2021 sind einige MC14500B-Chips von Maklern für veraltete Teile erhältlich.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links

  • Schembri, Thierry; Bizoirre, Sylvain; Boisseau, Olivier; Chauvaud, Pierre-Emmanuel. "WDR-1-Bit-Computer" . OLD-COMPUTER.COM . Archiviert vom Original am 20.05.2017 . Abgerufen 2017-05-20 .