Krojenie bitów

Ten artykuł jest o technice budowy procesora . Aby zapoznać się z krojeniem bitów jako separacją płaszczyzny bitowej stosowaną w grafice komputerowej i przetwarzaniu obrazu, zobacz bit-plane .
Szerokości bitowe architektury komputera
Bit
Aplikacja
precyzja zmiennoprzecinkowa
precyzja zmiennoprzecinkowa

Krojenie bitów to technika konstruowania procesora z modułów procesorów o mniejszej szerokości bitowej w celu zwiększenia długości słowa; teoretycznie stworzyć dowolną n -bitową jednostkę centralną (CPU). Każdy z tych modułów składowych przetwarza jedno pole bitowe lub „wycinek” operandu . Zgrupowane komponenty przetwarzające miałyby wtedy możliwość przetworzenia wybranej pełnej długości słowa danego projektu oprogramowania.

Krojenie bitów mniej więcej wymarło z powodu pojawienia się mikroprocesora . Ostatnio był używany w arytmetycznych jednostkach logicznych (ALU) dla komputerów kwantowych oraz jako technika oprogramowania, np. do kryptografii w procesorach x86 .

Szczegóły operacyjne

Procesory bit-slice (BSP) zwykle zawierają 1- , 2- , 4- , 8- lub 16-bitowe jednostki arytmetyczne (ALU) i linie sterujące (w tym sygnały przeniesienia lub przepełnienia , które są wewnętrzne dla procesora w procesorach nie-bitowych projekty).

Na przykład dwa 4-bitowe układy ALU mogą być ustawione obok siebie, z liniami sterującymi między nimi, tworząc 8-bitowy układ ALU (wynik nie musi być potęgą dwójki, np. trzy 1-bitowe jednostki mogą utworzyć układ 3-bitowy ALU, czyli 3-bitowy (lub n -bitowy) procesor, podczas gdy 3-bitowy lub jakikolwiek inny procesor o większej nieparzystej liczbie bitów nie był produkowany i sprzedawany masowo). Cztery 4-bitowe chipy ALU mogą być użyte do zbudowania 16-bitowego ALU. Zbudowanie 32-bitowego słowa ALU wymagałoby ośmiu chipów. Projektant mógł dodać dowolną liczbę plasterków, aby manipulować dłuższymi słowami.

Mikrosekwencer lub kontrolna pamięć ROM byłaby używana do wykonywania logiki w celu dostarczania danych i sygnałów sterujących w celu regulacji funkcji składowych jednostek ALU .

Znane mikroprocesory typu bit-slice:

Konieczność historyczna

Krojenie bitów, choć wtedy nie było tak nazywane, było również stosowane w komputerach przed wielkoskalowymi układami scalonymi (LSI, poprzednik dzisiejszego VLSI lub obwody integracyjne o bardzo dużej skali). Pierwszą maszyną bit-plasterkową była EDSAC 2 , zbudowana w Laboratorium Matematycznym Uniwersytetu Cambridge w latach 1956–1958.

Przed połową lat siedemdziesiątych i późnymi osiemdziesiątymi toczyła się debata na temat tego, jaka szerokość magistrali jest potrzebna w danym systemie komputerowym, aby działał. Technologia chipów krzemowych i części były znacznie droższe niż obecnie. Używanie wielu prostszych, a tym samym tańszych jednostek ALU było postrzegane jako sposób na zwiększenie mocy obliczeniowej w opłacalny sposób. Podczas gdy w tamtym czasie dyskutowano o 32-bitowych mikroprocesorach, niewiele z nich było w produkcji.

Komputery mainframe z serii UNIVAC 1100 (jedna z najstarszych serii, pochodząca z lat 50 . obwody scalone.

W tamtym czasie procesory 16-bitowe były powszechne, ale drogie, a procesory 8-bitowe, takie jak Z80 , były szeroko stosowane na rodzącym się rynku komputerów domowych.

Łączenie komponentów w celu wytworzenia produktów typu bit-slice umożliwiło inżynierom i studentom tworzenie bardziej wydajnych i złożonych komputerów po bardziej rozsądnych kosztach, przy użyciu gotowych komponentów, które można było konfigurować na zamówienie. Złożoność tworzenia nowej architektury komputera została znacznie zmniejszona, gdy szczegóły jednostki ALU zostały już określone (i debugowane ).

Główną zaletą było to, że cięcie bitów umożliwiło ekonomicznie w mniejszych procesorach użycie tranzystorów bipolarnych , które przełączają się znacznie szybciej niż tranzystory NMOS lub CMOS . Pozwoliło to na znacznie wyższe częstotliwości taktowania tam, gdzie wymagana była szybkość — na przykład dla funkcji DSP lub transformacji macierzy — lub, jak w Xerox Alto , połączenie elastyczności i szybkości, zanim dyskretne procesory były w stanie to zapewnić.

Nowoczesne zastosowanie

Użycie oprogramowania na sprzęcie innym niż bit-slice

W ostatnich czasach Matthew Kwan ponownie użył terminu „przecinanie bitów” w odniesieniu do techniki wykorzystania procesora ogólnego przeznaczenia do implementacji wielu równoległych prostych maszyn wirtualnych przy użyciu ogólnych instrukcji logicznych do wykonywania operacji SIMD (single-instruction multiple-data ). Ta technika jest również znana jako SIMD w rejestrze (SWAR).

Początkowo odnosiło się to do artykułu Eli Bihama z 1997 r. A Fast New DES Implementation in Software , w którym osiągnięto znaczny wzrost wydajności DES przy użyciu tej metody.

Komputery kwantowe podzielone na bity

Aby uprościć strukturę obwodu i zmniejszyć koszt sprzętu komputerów kwantowych (proponowanych do obsługi zestawu instrukcji MIPS32 ), nadprzewodnikowa jednostka arytmetyczna (ALU) 50 GHz z 4-bitowym plasterkiem bitów dla 32-bitowych szybkich mikroprocesorów kwantowych o pojedynczym strumieniu wykazano".

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Bit_slicing&oldid=1116658565 ”