Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Компьютерные архитектуры с использованием 8-битного слова
Computer architectures using an 8 bit word
В компьютерной архитектуре 8-битные целые числа или другие единицы данных имеют ширину 8 бит (1 октет). Также, 8-битные центральные процессоры (CPU) и арифметико-логические устройства (ALU) – это архитектуры, основанные на регистрах или шинах данных такого размера. Адреса памяти (и, следовательно, шины адресов) для 8-битных процессоров обычно больше 8 бит, как правило, 16 бит. 8-битные микрокомпьютеры – это микрокомпьютеры, использующие 8-битные микропроцессоры. Термин «8 бит» также применяется к наборам символов, которые можно использовать на компьютерах с 8-битными байтами, наиболее известными из которых являются различные формы расширенного ASCII, включая серию национальных наборов символов ISO/IEC 8859, в частности Latin 1 для английского и западноевропейских языков. IBM System/360 представила байтово-адресуемую память с 8-битными байтами, в отличие от бит-адресуемой, десятично-разрядной или слово-адресуемой памяти, хотя её регистры общего назначения имели ширину 32 бита, а адреса содержались в младших 24 битах этих адресов. Различные модели System/360 имели разную внутреннюю ширину шин данных; IBM System/360 Model 30 (1965) реализовала 32-битную архитектуру System/360, но имела 8-битную ширину канала и выполняла 32-битную арифметику по 8 бит за раз. Первым широко распространенным 8-битным микропроцессором был Intel 8080, который использовался во многих любительских компьютерах конца 1970-х и начала 1980-х годов, часто работающих под управлением операционной системы CP/M; он имел 8-битные слова данных и 16-битные адреса. Zilog Z80 (совместимый с 8080) и Motorola 6800 также использовались в аналогичных компьютерах. Z80 и MOS Technology 6502 8-битные процессоры широко использовались в домашних компьютерах и игровых консолях второго и третьего поколений 1970-х и 1980-х годов. Многие 8-битные процессоры или микроконтроллеры лежат в основе современных повсеместных встраиваемых систем.
In computer architecture, 8 bit integers or other data units are those that are 8 bits wide (1 octet). Also, 8 bit central processing unit (CPU) and arithmetic logic unit (ALU) architectures are those that are based on registers or data buses of that size. Memory addresses (and thus address buses) for 8 bit CPUs are generally larger than 8 bit, usually 16 bit. 8 bit microcomputers are microcomputers that use 8 bit microprocessors. The term '8 bit' is also applied to the character sets that could be used on computers with 8 bit bytes, the best known being various forms of extended ASCII, including the ISO/IEC 8859 series of national character sets especially Latin 1 for English and Western European languages. The IBM System/360 introduced byte addressable memory with 8 bit bytes, as opposed to bit addressable or decimal digit addressable or word addressable memory, although its general purpose registers were 32 bits wide, and addresses were contained in the lower 24 bits of those addresses. Different models of System/360 had different internal data path widths; the IBM System/360 Model 30 (1965) implemented the 32 bit System/360 architecture, but had an 8 bit native path width, and performed 32 bit arithmetic 8 bits at a time. The first widely adopted 8 bit microprocessor was the Intel 8080, being used in many hobbyist computers of the late 1970s and early 1980s, often running the CP/M operating system; it had 8 bit data words and 16 bit addresses. The Zilog Z80 (compatible with the 8080) and the Motorola 6800 were also used in similar computers. The Z80 and the MOS Technology 6502 8 bit CPUs were widely used in home computers and second and third generation game consoles of the 1970s and 1980s. Many 8 bit CPUs or microcontrollers are the basis of today's ubiquitous embedded systems.
Исторический контекст
8-битные микропроцессоры стали первыми широко используемыми микропроцессорами в компьютерной индустрии, ознаменовав существенный переход от мэйнфреймов и миникомпьютеров к более компактным и доступным системам. Появление 8-битных процессоров в 1970-х годах сделало возможным производство персональных компьютеров, что привело к популяризации вычислительной техники и заложило основу современной компьютерной среды. Zilog Z80 1976 года, один из самых популярных 8-битных процессоров (хотя и с 4-битным арифметико-логическим устройством, по крайней мере, в оригинальной версии), был снят с производства в 2024 году (вместе с его продуктовой линейкой Z84C00), приём заказов Last Time Buy (LTB) был завершен 14 июня 2024 года.
8 bit microprocessors were the first widely used microprocessors in the computing industry, marking a major shift from mainframes and minicomputers to smaller, more affordable systems. The introduction of 8 bit processors in the 1970s enabled the production of personal computers, leading to the popularization of computing and setting the foundation for the modern computing landscape. The 1976 Zilog Z80, one of the most popular 8 bit CPUs (though with 4 bit ALU, at least in the original), was discontinued in 2024 (its product line Z84C00), with Last Time Buy (LTB) orders by June 14, 2024.
Подробности
8-битный регистр может хранить 2⁸ различных значений. Диапазон целых значений, которые могут быть сохранены в 8 битах, зависит от используемого представления целых чисел. При двух наиболее распространенных представлениях диапазон составляет от 0 до 255 (2⁸ − 1) при представлении в виде (беззнакового) двоичного числа и от -128 (−1 × 2⁷) до 127 (2⁷ − 1) при представлении в дополнительном коде. 8-битные процессоры используют 8-битную шину данных и, следовательно, могут обращаться к 8 битам данных за одну машинную инструкцию. Адресная шина обычно имеет ширину в два октета (16 бит) из-за практических и экономических соображений. Это подразумевает прямое адресное пространство в 64 КБ (65 536 байт) для большинства 8-битных процессоров. Большинство домашних компьютеров 8-битной эры полностью использовали адресное пространство, например, BBC Micro (модель B) с 32 КБ ОЗУ плюс 32 КБ ПЗУ. Другие, такие как очень популярный Commodore 64, имели полный объем ОЗУ 64 КБ и 20 КБ ПЗУ, что означало, что при 16-битном адресовании всю ОЗУ нельзя было использовать по умолчанию (например, из-за включенного интерпретатора BASIC в ПЗУ); без использования переключения банков памяти, которое позволяет обойти ограничение в 64 КБ (ОЗУ) в некоторых системах. Некоторые компьютеры имели всего 1 КБ (плюс 4 КБ ПЗУ), например, Sinclair ZX80 (в то время как более поздний и очень популярный ZX Spectrum имел больший объем памяти), или даже всего 128 байт ОЗУ (плюс хранилище на картридже ПЗУ), как в ранней игровой консоли Atari 2600, и, следовательно, 8-битной адресации было бы достаточно для ОЗУ, если бы не требовалось также охватывать ПЗУ. Commodore 128 и другие 8-битные системы, то есть все еще с 16-битным адресированием, могли использовать более 64 КБ, например, 128 КБ ОЗУ, а также BBC Master с возможностью расширения до 512 КБ ОЗУ. Хотя в целом 8-битные процессоры имеют 16-битную адресацию, в некоторых архитектурах есть и то, и другое, например, в процессоре MOS Technology 6502, где нулевая страница широко используется, экономя один байт в инструкциях, обращающихся к этой странице, а также имея 16-битные инструкции адресации, которые занимают 2 байта для адреса и 1 байт для кода операции. Обычно индексные регистры имеют 8-битную разрядность (в то время как другие "8-битные" процессоры, такие как Motorola 6800, имели 16-битные индексные регистры), например, процессор 6502, а затем размер массивов, адресуемых с использованием индексированных инструкций адресации, составляет не более 256 байт без использования более длинного кода, то есть 8-битная адресация для каждого отдельного массива.
An 8 bit register can store 28 different values. The range of integer values that can be stored in 8 bits depends on the integer representation used. With the two most common representations, the range is 0 through 255 (28 − 1) for representation as an (unsigned) binary number, and −128 (−1 × 27) through 127 (27 − 1) for representation as two's complement. 8 bit CPUs use an 8 bit data bus and can therefore access 8 bits of data in a single machine instruction. The address bus is typically a double octet (16 bits) wide, due to practical and economical considerations. This implies a direct address space of 64 KB (65,536 bytes) on most 8 bit processors. Most home computers from the 8 bit era fully exploited the address space, such as the BBC Micro (Model B) with 32 KB of RAM plus 32 KB of ROM. Others like the very popular Commodore 64 had full 64 KB RAM, plus 20 KB ROM, meaning with 16 bit addressing you could not use all of the RAM by default (e. g. from the included BASIC language interpreter in ROM); without exploiting bank switching, which allows for breaking the 64 KB (RAM) limit in some systems. Other computers would have as low as 1 KB (plus 4 KB ROM), such as the Sinclair ZX80 (while the later very popular ZX Spectrum had more memory), or even only 128 bytes of RAM (plus storage from a ROM cartridge), as in an early game console Atari 2600 and thus 8 bit addressing would have been enough for the RAM, if it would not have needed to cover ROM too). The Commodore 128, and other 8 bit systems, meaning still with 16 bit addressing, could use more than 64 KB, i. e. 128 KB RAM, also the BBC Master with it expandable to 512 KB of RAM. While in general 8 bit CPUs have 16 bit addressing, in some architectures you have both, such as in the MOS Technology 6502 CPU, where the zero page is used extensively, saving one byte in the instructions accessing that page, and also having 16 bit addressing instructions that take 2 bytes for the address plus 1 for the opcode. Commonly index registers are 8 bit (while other "8 bit" CPUs, such as Motorola 6800 had 16 bit index registers), such as the 6502 CPU, and then the size of the arrays addressed using indexed addressing instructions are at most 256 bytes, without needing longer code, i. e. meaning 8 bit addressing to each individual array.
Использование для обучения, создания прототипов и общего обучения оборудованию
8-битные процессоры продолжают разрабатываться и сегодня в образовательных целях, для изучения компьютерного оборудования, а также для хобби. Один из таких процессоров был спроектирован и реализован с использованием интегральных схем серии 7400 на макетной плате. Проектирование 8-битных процессоров и соответствующих им ассемблеров является распространенным учебным заданием для студентов инженерных специальностей, инженеров и энтузиастов. Для этих целей часто используются ПЛИС (FPGA).
8 bit processors continue to be designed today for general education about computer hardware, as well as for hobbyists' interests. One such CPU was designed and implemented using 7400 series integrated circuits on a breadboard. Designing 8 bit CPU's and their respective assemblers is a common training exercise for engineering students, engineers, and hobbyists. FPGA's are used for this purpose.