4-Bit-Computing - 4-bit computing

In der  Computerarchitektur sind 4-Bit- Ganzzahlen oder andere Dateneinheiten diejenigen, die 4 Bit breit sind. Außerdem sind 4-Bit- CPU- und ALU- Architekturen solche, die auf Registern oder Datenbussen dieser Größe basieren . Speicheradressen (und damit Adressbusse ) für 4-Bit-CPUs sind im Allgemeinen viel größer als 4-Bit (da nur 16 Speicherplätze sehr restriktiv wären), wie 12-Bit oder mehr, während sie theoretisch 8-Bit sein könnten . Eine Gruppe von vier Bits wird auch als Nibble bezeichnet und hat 2 4 = 16 mögliche Werte.

Einige der ersten Mikroprozessoren hatten eine Wortlänge von 4 Bit und wurden um 1970 entwickelt. Herkömmliche (Nicht-Quanten-) 4-Bit-Computer sind mittlerweile veraltet, während neuere Quantencomputer 4-Bit sind, aber auch auf Qubits basieren , wie z die IBM Q-Erfahrung . Siehe auch: Bit-Slicing#Bit-sliced ​​Quantencomputer .

Der erste kommerzielle Mikroprozessor war der binär codierte dezimale (BCD-basierte) Intel 4004 , der 1971 für Taschenrechneranwendungen entwickelt wurde; es hatte eine Wortlänge von 4 Bit, aber 8-Bit-Befehle und 12-Bit-Adressen. Es wurde von der Intel 4040 abgelöst .

Der Texas Instruments TMS 1000 (1974) war eine 4-Bit- CPU ; es hatte eine Harvard-Architektur mit einem Befehls-ROM auf dem Chip, 8-Bit-breiten Befehlen und einem Daten-RAM auf dem Chip mit 4-Bit-Wörtern.

Die 4-Bit-Prozessoren wurden in Assembler-Sprache oder Forth programmiert , zB "MARC4 Family of 4 Bit Forth CPU" wegen der extremen Größenbeschränkung von Programmen und weil gängige Programmiersprachen (für Mikrocontroller , 8-Bit und größer), wie die Die Programmiersprache C unterstützt keine 4-Bit-Datentypen (C erfordert, dass die Größe des charDatentyps mindestens 8 Bit beträgt und dass alle Datentypen außer Bitfeldern eine Größe haben, die ein Vielfaches der Zeichengröße beträgt).

In den 1970er Jahren entstanden 4-Bit-Softwareanwendungen für Massenmärkte wie Taschenrechner. In den 1980er Jahren wurden 4-Bit-Mikroprozessoren in elektronischen Handheld-Spielen verwendet , um die Kosten niedrig zu halten.

In den 1970er und 1980er Jahren verwendeten eine Reihe von Forschungs- und kommerziellen Computern Bit-Slicing , bei dem die arithmetische Logikeinheit (ALU) der CPU aus mehreren 4 Bit breiten Abschnitten aufgebaut war, wobei jeder Abschnitt einen Chip wie einen Am2901- oder 74181- Chip enthielt .

Der Zilog Z80 hat , obwohl er ein 8-Bit-Mikroprozessor ist, eine 4-Bit-ALU.

Obwohl der Data General Nova eine Reihe von 16-Bit-Minicomputern ist, verarbeiteten der ursprüngliche Nova und der Nova 1200 intern 4 Bits gleichzeitig mit einer 4-Bit-ALU, die manchmal als "Nybble-Seriell" bezeichnet wird.

Die HP Saturn- Prozessoren, die zwischen 1984 und 2003 in vielen Hewlett-Packard- Rechnern (einschließlich der HP 48-Serie wissenschaftlicher Rechner) verwendet wurden, sind "4-Bit" (oder hybride 64-/4-Bit)-Maschinen; wie der Intel 4004 reihen sie mehrere 4-Bit-Wörter aneinander, um zB eine 20-Bit-Speicheradresse zu bilden, und die meisten Register sind 64 Bit breit und speichern 16 4-Bit-Ziffern.

Darüber hinaus verfügten einige frühe Rechner – wie der Casio AL-1000 von 1967 , der Sinclair Executive von 1972 und der bereits erwähnte HP Saturn von 1984  – über 4-Bit- Datenpfade , die jeweils 4 Bit (eine BCD-Ziffer) auf ihre Register zugreifen .

Verwendet

Während 32- und 64-Bit-Prozessoren in der modernen Unterhaltungselektronik wichtiger sind, können 4-Bit-CPUs ab 2021 online für bis zu 0,23 US-Dollar gekauft werden (in großen Mengen für 1000 Einheiten oder für 0,70 US-Dollar für eine gleiche Art oder 2,55 US-Dollar für ). eine andere Art), während ein 8-Bit-Mikrocontroller für 0,24 USD für einen einzelnen (ebenfalls veraltet; und eine nicht veraltete 8-Bit-CPUs für 0,30 USD pro Einheit, für 702 Einheiten für 210,60 USD) gekauft werden kann, ein Bruchteil des 4-Bit-Preises, und sogar ein einzelner moderner 32-Bit-Mikrocontroller kann für 0,24 US-Dollar gekauft werden. Beispielsweise gibt ein Fahrradcomputer an, dass er einen "4 Bit, 1-Chip-Mikrocomputer" verwendet. Andere typische Anwendungen sind Kaffeemaschinen , Infrarot-Fernbedienungen und Sicherheitsalarme .

Der Prozessor in Barbie-Schreibmaschinen, der verschlüsseln kann, ist ein 4-Bit-Mikrocontroller.

Einzelheiten

Mit 4 Bit ist es möglich, 16 verschiedene Werte zu erzeugen. Alle einstelligen Hexadezimalzahlen können mit vier Bits geschrieben werden. Binärkodierte Dezimalzahl ist eine digitale Kodierungsmethode für Zahlen in Dezimalschreibweise, wobei jede Dezimalziffer durch vier Bits dargestellt wird.

Binär Oktal Dezimal Hexadezimal
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 EIN
1011 13 11 B
1100 14 12 C
1101 fünfzehn 13 D
1110 16 14 E
1111 17 fünfzehn F

Liste der 4-Bit-Prozessoren

16-poliger DIP
Intel C4004
Infrarot-Fernbedienungsplatine
ein Infrarot-Fernbedienungssender , der von einem NEC D63GS 4-Bit-Mikrocontroller gesteuert wird
20-poliger PSOP
NEC D63GS: ein 4-Bit - Mikrocontroller für die Infrarot - Fernbedienung Übertragungs
Kartenrand PCB
Olympia CD700 Desktop-Rechner mit dem National Semiconductor MAPS MM570X bitseriellen 4-Bit-Mikrocontroller
16-poliger DIP
National Semiconductor MM5700CA/D Bit-serielles 4-Bit-Mikrocontroller
  • Intel 4004
  • Intel 4040
  • TMS 1000
  • Atmel MARC4- Kern – (eingestellt: "Letztes Auslieferungsdatum : 7. März 2015")
  • Samsung S3C7 (KS57-Serie) 4-Bit-Mikrocontroller (RAM: 512 bis 5264 Nibbles, 6 MHz Takt)
  • Toshiba TLCS-47- Serie
  • HP Saturn
  • NEC μPD75X
  • NEC μCOM-4
  • NEC (jetzt Renesas ) µPD612xA (eingestellt), µPD613x, µPD6x und µPD1724x Infrarot-Fernbedienungssender-Mikrocontroller
  • EM Microelectronic-Marin EM6600-Familie, EM6580, EM6682 usw.
  • Epson S1C63- Familie
  • National Semiconductor "COPS I" und "COPS II" ("COP400") 4-Bit-Mikrocontroller-Familien
  • National Semiconductor MAPS MM570X
  • Sharp SM590/SM591/SM595
  • Sharp SM550/SM551/SM552
  • Sharp SM578/SM579
  • Sharp SM5E4
  • Scharfe LU5E4POP
  • Sharp SM5J5/SM5J6
  • Sharp SM530
  • Sharp SM531
  • Sharp SM500 (ROM 1197×8 Bit, RAM 40×4 Bit, ein Teiler und 56-Segment-LCD-Treiberschaltung)
  • Sharp SM5K1
  • Scharfes SM4A
  • Sharp SM510 (ROM 2772 × 8 Bit, RAM 128 × 4 Bit, ein Teiler und eine 132-Segment-LCD-Treiberschaltung)
  • Sharp SM511/SM512 (ROM 4032×8 Bit, RAM 128/142×4 Bit, ein Teiler und 136/200-Segment-LCD-Treiberschaltung)
  • Sharp SM563

Siehe auch

Verweise

Externe Links