الحوسبة ذات 16 بت

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

في هندسة الحاسوب ، تُعرف الأعداد الصحيحة ذات 16 بت ، وعناوين الذاكرة ، ووحدات البيانات الأخرى، بأنها تلك التي يبلغ عرضها 16 بت (ثمانيتين ) . كما تُعرف وحدات المعالجة المركزية (CPU) ووحدات الحساب والمنطق (ALU) ذات 16 بت بأنها تلك التي تعتمد على سجلات أو ناقلات عناوين أو ناقلات بيانات بهذا الحجم. أما الحواسيب الصغيرة ذات 16 بت فهي حواسيب صغيرة تستخدم معالجات دقيقة ذات 16 بت .

يمكن لمسجل ذي 16 بت تخزين 2^ 16 قيمة مختلفة. يعتمد نطاق القيم الصحيحة التي يمكن تخزينها في 16 بت على تمثيل العدد الصحيح المستخدم. مع التمثيلين الأكثر شيوعًا، يتراوح النطاق من 0 إلى 65535 (2 ^16 - 1) عند تمثيله كعدد ثنائي ( غير مُوَقَّع ) ، ومن -32768 (-1 × 2^ 15 ) إلى 32767 (2 ^15 - 1) عند تمثيله بنظام المتمم الثنائي . بما أن 2^ 16 يساوي 65536، يمكن للمعالج ذي عناوين الذاكرة ذات 16 بت الوصول مباشرةً إلى 64 كيلوبايت (65536 بايت) من الذاكرة القابلة للعنونة بالبايت . إذا كان النظام يستخدم تجزئة مع إزاحات مقطعية ذات 16 بت، فيمكن الوصول إلى مساحة أكبر.

نظام التشغيل MS-DOS 6 (1993) ذو 16 بت

بنية 16 بت

جهاز PDP-11 من شركة Digital Equipment Corporation ، وهو حاسوب صغير شائع ذو 16 بت خلال سبعينيات القرن العشرين

كان حاسوب MIT Whirlwind ( حوالي عام 1951) [ 1 ] [ 2 ] على الأرجح أول حاسوب ذي 16 بت. تميز بحجم كلمة غير مألوف في ذلك الوقت؛ إذ كانت معظم الأنظمة تستخدم ترميزًا حرفيًا من ستة بتات ، وطول كلمة من مضاعفات 6 بتات. تغير هذا الوضع مع الجهود المبذولة لإدخال ترميز ASCII ، الذي استخدم ترميزًا من 7 بتات، مما أدى بطبيعة الحال إلى استخدام ترميز من مضاعفات 8 بتات، والذي كان قادرًا على تخزين حرف ASCII واحد أو رقمين عشريين مُرمّزين ثنائيًا .

وهكذا أصبح طول الكلمة 16 بت أكثر شيوعًا في ستينيات القرن العشرين، لا سيما في أنظمة الحواسيب الصغيرة. ومن بين الحواسيب الأولى ذات 16 بت ( حوالي 1965-1970) حاسوب IBM 1130 ، [ 3 ] وحاسوب HP 2100 ، [ 4 ] وحاسوب Data General Nova ، [ 5 ] وحاسوب DEC PDP-11 . [ 6 ] وبدأت المعالجات الدقيقة الأولى ذات 16 بت ، والتي غالبًا ما صُممت على غرار إحدى منصات الحواسيب الصغيرة، بالظهور في سبعينيات القرن العشرين. تشمل الأمثلة ( حوالي 1973-1976) جهاز National Semiconductor IMP-16 ذو الخمس رقائق (1973)، [ 7 ] وجهاز NEC μCOM-16 ذو الرقائق الثنائية (1974)، [ 8 ] [ 7 ] وجهاز Western Digital MCP-1600 ذو الثلاث رقائق (1975)، وجهاز Toshiba T-3412 ذو الخمس رقائق (1976). [ 7 ]

من بين المعالجات الدقيقة أحادية الشريحة المبكرة ذات 16 بت ( حوالي 1975-1976) معالج Panafacom MN1610 (1975)، [ 9 ] [ 10 ] [ 7 ] ومعالج National Semiconductor PACE (1975)، ومعالج General Instrument CP1600 (1975)، ومعالج Texas Instruments TMS9900 (1976)، [ 7 ] ومعالج Ferranti F100-L ، ومعالج HP BPC . ومن بين المعالجات البارزة الأخرى ذات 16 بت معالج Intel 8086 ، ومعالج Intel 80286 ، ومعالج WDC 65C816 ، ومعالج Zilog Z8000 . كان معالج Intel 8088 متوافقًا ثنائيًا مع معالج Intel 8086، وكان ذا 16 بت حيث كانت سجلاته بعرض 16 بت، ويمكن للتعليمات الحسابية أن تعمل على كميات 16 بت، على الرغم من أن ناقله الخارجي كان  بعرض 8 بت.

لقد تم استبدال المعالجات ذات 16 بت بشكل شبه كامل في صناعة الحواسيب الشخصية ، ويتم استخدامها بشكل أقل من وحدات المعالجة المركزية ذات 32 بت (أو 8 بت) في التطبيقات المدمجة .

معالج موتورولا 68000 ذو 16/32 بت ومعالج إنتل 386SX

يُطلق على معالج موتورولا 68000 أحيانًا اسم "معالج 16 بت" نظرًا لطريقة معالجته للعمليات الحسابية الأساسية. تعتمد مجموعة التعليمات على أرقام 32 بت ، كما أن سجلاته الداخلية  بعرض 32 بت، لذا، وفقًا للتعريفات الشائعة، يُعتبر 68000 معالجًا 32 بت. داخليًا، تُجرى العمليات الحسابية 32 بت باستخدام عمليتين 16 بت، وهذا ما يُفسر وصف النظام أحيانًا بأنه 16 بت، أو "16/32".

تتمتع هذه الحلول بتاريخ طويل في مجال الحوسبة، حيث كانت العديد من التصاميم تُجري العمليات الحسابية بتًا واحدًا في كل مرة، فيما يُعرف بـ"الحساب التسلسلي"، بينما كانت معظم التصاميم بحلول سبعينيات القرن الماضي تُعالج بضعة بتات على الأقل في كل مرة. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك معالج Data General Nova، وهو تصميم 16 بت يُجري العمليات الحسابية على 16 بت كسلسلة من أربع عمليات، كل منها 4 بت. كان حجم الكلمة في وحدة الحساب والمنطق (ALU) أحادية الشريحة، المتوفرة على نطاق واسع، 4 بت، مما سمح بتنفيذها بتكلفة منخفضة. وباستخدام التعريف المُطبق على معالج 68000، يُعتبر Nova حاسوبًا 4 بت، أو 4/16. بعد فترة وجيزة من طرح Nova، تم طرح نسخة ثانية، SuperNova، التي تضمنت أربع وحدات حساب ومنطق (ALU) من 4 بت تعمل بالتوازي لإجراء العمليات الحسابية على 16  بت في كل مرة، وبالتالي توفير أداء أعلى. كان هذا غير مرئي للمستخدم والبرامج، التي كانت تستخدم دائمًا تعليمات وبيانات 16 بت. وبالمثل، فإن أفراد عائلة 68000 اللاحقة، بدءًا من موتورولا 68020 ، كانت تحتوي على وحدات حساب ومنطق 32 بت.

قد نجد أيضًا إشارات إلى أن الأنظمة ذات 16 بت أو لا، بناءً على معيار آخر. أحد هذه المعايير الشائعة هو عندما لا يكون حجم مساحة العناوين مساويًا لحجم السجلات الداخلية. تندرج معظم وحدات المعالجة المركزية ذات 8 بت في سبعينيات القرن الماضي ضمن هذه الفئة؛ فقد كانت وحدات MOS 6502 و Intel 8080 و Zilog Z80 وغيرها تمتلك مساحة عناوين 16 بت توفر 64  كيلوبايت من مساحة العناوين. هذا يعني أيضًا أن معالجة العناوين تتطلب دورتين من التعليمات. لهذا السبب، احتوت معظم المعالجات على أوضاع عنونة خاصة ذات 8 بت، وهي صفحة الصفر ، مما حسّن السرعة. استمر هذا النوع من الاختلاف بين حجم السجلات الداخلية وحجم العناوين الخارجية في ثمانينيات القرن الماضي، وإن كان غالبًا ما ينعكس، حيث جعلت تكاليف الذاكرة في ذلك الوقت من المستحيل عمليًا إنتاج جهاز ذي عنونة 32 بت، بسعة 2 أو 4  جيجابايت. على سبيل المثال، لم يكشف المعالج 68000 إلا عن 24 بت من العنونة على DIP  ، مما حد من حجمه إلى 16 ميجابايت، وهو حجم ضخم بالنسبة لتلك الحقبة . [ 11 ]

وينطبق تحليل مماثل على بديل وحدة المعالجة المركزية 80286 من إنتل، والذي يسمى 386SX ، وهو معالج 32 بت مع وحدة حساب ومنطق 32 بت ومسارات بيانات داخلية 32 بت مع ناقل خارجي 16 بت وعنونة 24 بت للمعالج الذي حل محله.

تطبيق 16 بت

في سياق منصات IBM PC المتوافقة ومنصات ويندوز ، يُعرَّف تطبيق 16 بت بأنه أي برنامج مكتوب لأنظمة MS-DOS أو OS/2 1.x أو الإصدارات الأولى من مايكروسوفت ويندوز، والذي كان يعمل في الأصل على معالجات Intel 8088 و Intel 80286 ذات 16 بت . استخدمت هذه التطبيقات تمثيلًا لعناوين القطاعات أو عناوين الإزاحة المحددة، إما 20 بت أو 24 بت، لتوسيع نطاق مواقع الذاكرة القابلة للعنونة بما يتجاوز ما كان ممكنًا باستخدام عناوين 16 بت فقط. لذا، تطلبت البرامج التي تحتوي على أكثر من 2^ 16 بايت (65,536 بايت ) من التعليمات والبيانات تعليمات خاصة للتبديل بين قطاعاتها التي يبلغ حجمها 64 كيلوبايت ، مما زاد من تعقيد برمجة تطبيقات 16 بت.

وحدات تحكم دقيقة 16 بت

ظهرت وحدات التحكم الدقيقة أحادية الشريحة ذات 16 بت حوالي عام 1983 مع طرح معالج إنتل 8061. وبحلول عام 2025، انخفض سعر وحدات التحكم الدقيقة ذات 16 بت إلى أقل من دولار أمريكي واحد عند شراء 100 وحدة، وهو سعر مماثل لسعر وحدات التحكم الدقيقة القديمة ذات 8 بت. [ 12 ] حتى أن بعض وحدات التحكم الدقيقة ذات 32 بت تُباع بأقل من دولار أمريكي واحد.

قائمة وحدات المعالجة المركزية ذات 16 بت

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "عام 1951" . متحف تاريخ الحاسوب .(انظر أيضًا "عام 1943") .).
  2. ↑ دار النشر الرقمية، الرقمية في العمل، مؤرشف بتاريخ 2013-07-02 في أرشيف الإنترنت ، بيرسون، 1992، رقم ISBN 1-55558-092-0، الصفحات 4، 23.
  3. ↑ "نظام الحوسبة IBM 1130" . أرشيفات IBM . مؤرشف من الأصل في 18 مارس 2005.
  4. ↑ "HP 2116" . متحف تاريخ الحاسوب .
  5. ↑ "حاسوب داتا جنرال نوفا المصغر" . متحف تاريخ الحاسوب . مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 مايو 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 يونيو 2012 .
  6. ↑ بيرسون، جيمي باركر (سبتمبر 1992). التكنولوجيا الرقمية في العمل: لمحات من السنوات الخمس والثلاثين الأولى . دار النشر الرقمية. الصفحات 58-61 . ISBN  978-1-55558-092-6.
  7. 1 2 3 4 5 بيلزر، جاك؛ هولزمان، ألبرت ج.؛ كينت، ألين (1978). موسوعة علوم وتكنولوجيا الحاسوب . المجلد 10 - من الجبر الخطي والمصفوفي إلى الكائنات الدقيقة: التحديد بمساعدة الحاسوب. مطبعة سي آر سي . ص 402. ISBN   9780824722609.
  8. ↑ "السبعينيات: تطور المعالجات الدقيقة" (ملف PDF) . متحف تاريخ أشباه الموصلات في اليابان . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 27 يونيو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 يونيو 2019 .
  9. ↑ "المعالجات الدقيقة ذات 16 بت" . متحف وحدة المعالجة المركزية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 أكتوبر 2010 .
  10. ↑ "التاريخ" . PFU . تم الاطلاع عليه في 5 أكتوبر 2010 .
  11. ↑ دليل مرجعي للمبرمجين لعائلة موتورولا M68000 (ملف PDF) . موتورولا، 1992. القسم 2.4، الصفحات 2-21. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 27-03-2023 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 05-06-2023 .
  12. ↑ "المتحكم الدقيق المذهل بدولار واحد" . جاي كارلسون . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-05-2025 .