الحوسبة ذات 4 بت

الحوسبة رباعية البت هي استخدام بنى حاسوبية يكون فيها عرض الأعداد الصحيحة ووحدات البيانات الأخرى أربعة بتات . وتُعرف بنى وحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدة الحساب والمنطق (ALU) رباعية البت بأنها تلك التي تعتمد على سجلات أو ناقلات بيانات بهذا الحجم. تُسمى مجموعة من أربعة بتات أيضًا " نيبل" ولها 16 قيمة ممكنة (2 ^{^4} = 16)، ضمن نطاق من 0 إلى 15.

أصبحت الحوسبة ذات 4 بت قديمة إلى حد كبير، أي أن وحدات المعالجة المركزية التي تدعم 4 بت كحد أقصى للحجم، أو ناقل البيانات ذو 4 بت لم تعد متوفرة، ولكن وحدات التحكم الدقيقة ذات 4 بت، مثل EM Microelectronic EM6580، لا تزال متوفرة حتى عام 2026.[ ^{1 ]​}

استُخدمت المعالجات ذات 4 بتات على نطاق واسع في الآلات الحاسبة الإلكترونية وغيرها من التطبيقات التي تتطلب حسابات عشرية، مثل آلات تسجيل النقد الإلكترونية ، ومؤقتات أفران الميكروويف ، وما شابه. ويعود ذلك إلى أن قيمة 4 بتات تُمثل رقمًا عشريًا واحدًا مُشفّرًا ثنائيًا (BCD)، مما يجعلها حجمًا مثاليًا لمعالجة القيم العشرية مباشرةً. ولأن قيمة 4 بتات صغيرة جدًا عمومًا لتخزين عنوان ذاكرة لبرامج أو بيانات حقيقية، فقد كان ناقل العناوين في هذه الأنظمة أكبر حجمًا. فعلى سبيل المثال، كان المعالج الدقيق Intel 4004 ، وهو المعالج القياسي ذو 4 بتات ، يستخدم تنسيق عنوان 12 بتًا.

استُخدمت تصميمات 4 بت لفترة وجيزة فقط عندما كانت الدوائر المتكاملة لا تزال باهظة الثمن، وكانت تُستخدم بشكل أساسي في التطبيقات التي تتطلب خفض التكاليف. ورغم أن الحوسبة باستخدام 4 بت أصبحت قديمة إلى حد كبير، إلا أن قيم 4 بت لا تزال تُستخدم في نفس التطبيقات التي تركز على النظام العشري والتي طُوّرت من أجلها، وتتميز التطبيقات الحديثة عمومًا بنطاق أوسع بكثير، حيث تعالج قيم 4 بت متعددة بالتوازي. وبحلول تسعينيات القرن الماضي، استُبدلت معظم هذه الاستخدامات بتصميمات ثنائية للأغراض العامة.

قد يبدو المعالج ذو 4 بت محدودًا، ولكنه مناسب تمامًا للآلات الحاسبة، حيث يتناسب كل رقم عشري مع أربعة بتات. ^{[ 2 ]}

كانت بعض المعالجات الدقيقة الأولى ذات طول كلمة 4 بت، وطُوّرت حوالي عام 1970. وكان أول معالج دقيق تجاري هو معالج إنتل 4004 ثنائي الترميز العشري (BCD) [ ^{3 ] [ 4 ] ،} الذي طُوّر لتطبيقات الآلات الحاسبة عام 1971؛ وكان طول كلمته 4 بت، لكنه كان يحتوي على تعليمات 8 بت وعناوين 12 بت. وخلفه معالج إنتل 4040 ، الذي أضاف دعم المقاطعات ومجموعة متنوعة من الميزات الجديدة الأخرى.

كان أول حاسوب تجاري أحادي الشريحة هو حاسوب تكساس إنسترومنتس TMS 1000 (1974) ذو الأربع بتات. ^{[ 2 ]} احتوى على وحدة معالجة مركزية ذات أربع بتات بمعمارية هارفارد وتعليمات بعرض 8 بتات، وذاكرة قراءة فقط للتعليمات مدمجة، وذاكرة وصول عشوائي للبيانات مدمجة بكلمات من أربع بتات. ^{[ 5 ]}

كان معالج روكويل PPS-4 معالجًا مبكرًا آخر من فئة 4 بت، طُرح في عام 1972، وتمتع بعمر طويل في ألعاب الأجهزة المحمولة وأدوار مماثلة. وقد خضع لتحسينات مستمرة، وبحلول عام 1975 تم دمجه مع عدة رقائق داعمة لتكوين حاسوب متكامل على شريحة واحدة. ^{[ 6 ]}

تمت برمجة المعالجات ذات 4 بت بلغة التجميع أو لغة فورث ، على سبيل المثال "MARC4 Family of 4 bit Forth CPU" ^{[ 7 ]} (والتي تم إيقافها الآن) بسبب القيود الشديدة على حجم البرامج ولأن لغات البرمجة الشائعة (للوحدات المتحكمة الدقيقة ، 8 بت وما فوق)، مثل لغة البرمجة C ، لا تدعم أنواع البيانات ذات 4 بت (تتطلب لغات C و C++ وغيرها أن يكون حجم charنوع البيانات 8 بت على الأقل، ^{[ 8 ]} وأن يكون حجم جميع أنواع البيانات الأخرى غير حقول البت من مضاعفات حجم الحرف ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} ).

شهدت سبعينيات القرن العشرين ظهور تطبيقات برمجية ذات 4 بتات موجهة للأسواق الجماهيرية، مثل الآلات الحاسبة الجيبية. وخلال ثمانينيات القرن العشرين، استُخدمت معالجات دقيقة ذات 4 بتات في ألعاب إلكترونية محمولة لخفض التكاليف.

في سبعينيات وثمانينيات القرن العشرين، استخدم عدد من أجهزة الكمبيوتر البحثية والتجارية تقنية تقسيم البتات ، حيث تم بناء وحدة الحساب والمنطق (ALU) الخاصة بوحدة المعالجة المركزية من أقسام متعددة بعرض 4 بت، ويشمل كل قسم شريحة مثل Am2901 أو 74181 .

على الرغم من أن معالج Zilog Z80 (الذي توقف إنتاجه في عام 2024) هو معالج دقيق ذو 8 بت، إلا أنه يحتوي على وحدة حساب ومنطق (ALU) ذات 4 بت. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

على الرغم من أن سلسلة Data General Nova هي سلسلة من الحواسيب الصغيرة ذات 16 بت، إلا أن جهاز Nova الأصلي وجهاز Nova 1200 كانا يعالجان الأرقام داخليًا على شكل 4 بتات في كل مرة باستخدام وحدة حسابية ومنطقية (ALU) ذات 4 بتات، ^{[ 14 ]} والتي تسمى أحيانًا "التسلسلية نيبل". ^{[ 15 ]}

تُعدّ معالجات HP Saturn ، المستخدمة في العديد من آلات حاسبة هيوليت-باكارد بين عامي 1984 و2003 (بما في ذلك سلسلة HP 48 من الآلات الحاسبة العلمية)، أجهزة "4 بت" (أو أجهزة هجينة 64/4 بت). فهي تُجمّع كلمات متعددة من 4 بت معًا، على سبيل المثال لتكوين عنوان ذاكرة من 20 بت، ومعظم سجلاتها بعرض 64 بت، تخزن 16 رقمًا من 4 بت. وكانت العمليات تُنفّذ بتسلسل نصف بايت. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

بالإضافة إلى ذلك، احتوت بعض الآلات الحاسبة المبكرة - مثل كاسيو AL-1000 لعام 1967، وسينكلير إكزكيوتيف لعام 1972 ، وإتش بي ساتورن المذكورة سابقًا لعام 1984 - على مسارات بيانات من 4 بتات تصل إلى سجلاتها 4 بتات (رقم BCD واحد) في كل مرة. ^{[ 19 ]}  

يُشير أحد أجهزة كمبيوتر الدراجات إلى أنه يستخدم "معالجًا دقيقًا أحادي الشريحة ذو 4 بتات". ^{[ 20 ]} وتشمل الاستخدامات الشائعة الأخرى آلات صنع القهوة ، وأجهزة التحكم عن بُعد بالأشعة تحت الحمراء ، ^{[ 21 ]} وأجهزة الإنذار الأمنية . ^{[ 22 ]}

المعالج الموجود في آلات الكتابة باربي والذي يمكنه التشفير هو وحدة تحكم دقيقة 4 بت. ^{[ 23 ]}

استخدم العديد من المصنّعين وحدات تحكم دقيقة من 4 بت في ألعابهم الإلكترونية المبكرة: ^{[ 24 ]}

• ألعاب ماتيل Funtronics Jacks، Red Light Green Light، Tag، Plus One و Dalla$.
• ميلتون برادلي لايت فايت والسفينة الحربية الإلكترونية 1982.
• لعبة كوليكو لكرة السلة وجهاً لوجه.
• مسابقة ناشونال سيميكوندكتور للأطفال المتسابقين.
• إنتكس سبيس إنفيدرز.
• جهاز الكمبيوتر الصغير من شركة تكساس إنسترومنتس . ^{[ 25 ]}

استخدمت شركة ويسترن ديجيتال متحكمًا دقيقًا من 4 بت كأساس لساعة الوقت WD2412 الخاصة بها. ^{[ 26 ]}

يستخدم جهاز الكمبيوتر Grundy Newbrain وحدة تحكم دقيقة 4 بت لإدارة لوحة المفاتيح، ووحدة إدخال/إخراج الشريط، وشاشة العرض الأبجدية الرقمية المدمجة ذات 16 حرفًا . ^{[ 27 ]}

تستخدم لوحة مفاتيح Apple Lisa وحدة تحكم دقيقة 4 بت للتحكم في لوحة المفاتيح والماوس وساعة الوقت الحقيقي ومفتاح الطاقة الناعم. ^{[ 28 ]}

باستخدام 4 بتات، يمكن إنشاء 16 قيمة مختلفة. يمكن كتابة جميع الأرقام السداسية العشرية المكونة من رقم واحد باستخدام 4 بتات.

النظام العشري المشفر ثنائياً هو طريقة ترميز رقمية للأرقام باستخدام الترميز العشري، حيث يتم تمثيل كل رقم عشري بأربعة بتات.

• إنتل 4004 (أول معالج دقيق 4 بت ويعتبر على نطاق واسع أول معالج دقيق متاح تجارياً منذ عام 1971، وتم إيقاف إنتاجه عام 1981)
• معالج إنتل 4040 (تم إيقاف إنتاجه عام 1981)
• TMS 1000 (أول وحدة تحكم دقيقة تجارية ذات حجم إنتاج كبير، من عام 1974، بعد Intel 4004؛ تم إيقاف إنتاجها الآن )
• نظام أمريكان مايكروسيستمز S2000
• نواة Atmel MARC4 ^{[ 29 ] [ 30 ]} (تم إيقاف إنتاجها بسبب انخفاض الطلب. تاريخ آخر شحنة: 7 مارس 2015 ^{[ 31 ]} )
• إسيكس إس إكس 200
• وحدات التحكم الدقيقة Samsung S3C7 (سلسلة KS57) ذات 4 بت (ذاكرة الوصول العشوائي: من 512 إلى 5264 نيبلة،  تردد الساعة 6 ميجاهرتز)
• سلسلة توشيبا TLCS-47
• إتش بي ساتورن
• NEC μPD75X
• NEC μCOM-4
• NEC (الآن Renesas ) μPD612xA (تم إيقاف إنتاجها)، μPD613x، μPD6x ^{[ 21 ] [ 32 ]} و μPD1724x ^{[ 33 ]} وحدات التحكم الدقيقة في أجهزة إرسال التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء ^{[ 34 ] [ 35 ]}
• عائلة EM Microelectronic-Marin EM6600، ^{[ 36 ]} EM6580، ^{[ 37 ] [ 38 ]} EM6682، ^{[ 39 ]} إلخ.
• عائلة إبسون S1C63
• عائلات المتحكمات الدقيقة ذات 4 بت من شركة National Semiconductor "COPS I" و "COPS II" (" ​​COP400 ") ^{[ 40 ]}
• ناشيونال سيميكوندكتور MAPS MM570X
• روكويل PPS-4
• شارب SM590/SM591/SM595 ^{[ 41 ] : 26-34}
• شارب SM550/SM551/SM552 ^{[ 41 ] : 36-48}
• شارب SM578/SM579 ^{[ 41 ] : 49-64}
• شارب SM5E4 ^{[ 41 ] : 65-74}
• شارب LU5E4POP ^{[ 41 ] : 75-82}
• شارب SM5J5/SM5J6 ^{[ 41 ] : 83-99}
• شارب SM530 ^{[ 41 ] : 100-109}
• شارب SM531 ^{[ 41 ] : 110-118}
• Sharp SM500 ^{[ 41 ] : 119–127} (ذاكرة قراءة فقط 1197×8 بت، ذاكرة وصول عشوائي 40×4 بت، دائرة تقسيم ودائرة تشغيل شاشة LCD مكونة من 56 جزءًا)
• شارب SM5K1 ^{[ 41 ] : 128-140}
• شارب SM4A ^{[ 41 ] : 141-148}
• Sharp SM510 ^{[ 41 ] : 149–158} (ذاكرة قراءة فقط 2772×8 بت، ذاكرة وصول عشوائي 128×4 بت، دائرة تقسيم ودائرة تشغيل شاشة LCD مكونة من 132 جزءًا)
• Sharp SM511/SM512 ^{[ 41 ] : 159–171} (ذاكرة قراءة فقط 4032×8 بت، ذاكرة وصول عشوائي 128/142×4 بت، دائرة تقسيم ودائرة تشغيل شاشة LCD مكونة من 136/200 جزء)
• شارب SM563 ^{[ 41 ] : 172-186}

• جي إم سي-4
• وحدة تحكم شاشة LCD من هيتاشي HD44780
• ناقل/واجهة LPC (عدد الأطراف المنخفض) من إنتل للاتصالات ذات 4 بت
  • تتيح واجهة Intel's Enhanced Serial Peripheral Interface (eSPI)، التي حلت محلها في أجهزة الكمبيوتر الحديثة، الاتصال أحادي البت وثنائي البت ورباعي البت.

• معالج سيتورن
• "المنتجات: وحدات تحكم دقيقة عالية الأداء 4 بت (عائلة S1C63)" . إبسون . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29-07-2013.
• اعتبارات المعالجة ذات 4 بت