8ビットコンピューティング

Computer architecture bit widths
Bit
Application
Binary floating-point precision
Decimal floating-point precision

コンピュータアーキテクチャにおいて、8ビット 整数やその他のデータ単位は、8ビット幅（1オクテット）のものです。また、8ビット中央処理装置（CPU）および算術論理装置（ALU）アーキテクチャは、そのサイズのレジスタまたはデータバスに基づくものです。8ビットCPUのメモリアドレス（およびアドレスバス）は、通常8ビットよりも大きく、16ビットです。8ビットマイクロコンピュータは、8ビットマイクロプロセッサを使用するマイクロコンピュータです。

「8 ビット」という用語は、8 ビット バイトのコンピュータで使用できる文字セットにも適用されます。最もよく知られているのは、 ISO/IEC 8859シリーズの国別文字セット (特に英語と西ヨーロッパ言語のLatin 1)を含む、さまざまな形式の拡張 ASCIIです。

IBM System/360は、ビットアドレス指定や10進数アドレス指定、あるいはワードアドレス指定可能なメモリではなく、8ビットバイトによるバイトアドレス指定可能なメモリを導入した。ただし、汎用レジスタは32ビット幅で、アドレスはそれらのアドレスの下位24ビットに格納されていた。System/360のモデルによって内部データパス幅は異なっていた。IBM System/360 Model 30 (1965) は32ビットSystem/360アーキテクチャを実装していたが、ネイティブパス幅は8ビットであり、32ビット演算を8ビットずつ実行した。[1]

最初に広く採用された8ビットマイクロプロセッサはIntel 8080で、1970年代後半から1980年代初頭にかけて多くの趣味用コンピュータで使用され、CP/M オペレーティングシステムが実行されることが多く、8ビットのデータワードと16ビットのアドレスを備えていました。Zilog Z80（8080と互換性あり）とMotorola 6800も同様のコンピュータで使用されていました。Z80とMOS Technology 6502の8ビットCPUは、 1970年代から1980年代にかけての家庭用コンピュータや第2世代、第3世代のゲーム機で広く使用されました。多くの8ビットCPUやマイクロコントローラは、今日の広く普及している組み込みシステムの基盤となっています。

歴史的背景

8ビットマイクロプロセッサは、コンピューティング業界で初めて広く普及したマイクロプロセッサであり、メインフレームやミニコンピュータから、より小型で手頃な価格のシステムへの大きな転換をもたらしました。1970年代に8ビットプロセッサが導入されたことで、パーソナルコンピュータの製造が可能になり、コンピューティングの普及につながり、現代のコンピューティング環境の基礎が築かれました。

1976年のZilog Z80は、最も人気のある8ビットCPUの1つ（少なくともオリジナルでは4ビットALUを搭載）でしたが、2024年に製造が中止され（製品ラインZ84C00）、最終購入（LTB）注文は2024年6月14日まででした。[2]

詳細

MOS Technology 6502 は、1975 年に導入された人気の 8 ビット マイクロプロセッサです。日付コードは 1985 年です。

8ビットレジスタは2 8の異なる値を格納できます。8ビットで格納できる整数値の範囲は、使用する整数表現によって異なります。最も一般的な2つの表現では、（符号なし）2進数として表現した場合は0から255 （2 8 − 1）、2の補数として表現した場合は-128 （-1 × 2 7）から127 （2 7 − 1）の範囲です。

8ビットCPUは8ビットの データバスを使用するため、1つのマシン命令で8ビットのデータにアクセスできます。アドレスバスは、実用性と経済性を考慮して、通常はダブルオクテット（16ビット）幅です。これは、ほとんどの8ビットプロセッサで64KB （65,536バイト）の 直接アドレス空間を意味します。

8ビット時代の家庭用コンピュータのほとんどは、32KBのRAMと32KBのROMを搭載したBBC Micro （モデルB）のように、アドレス空間を最大限に活用していました。一方、非常に人気のあったCommodore 64などは、64KBのRAMと20KBのROMを搭載しており、16ビットアドレス指定では、デフォルトでRAMのすべてを利用できませんでした（例えば、ROMに内蔵されたBASIC言語インタープリターなど）。[3]バンクスイッチングを利用せずに使用すると、一部のシステムでは64KB（RAM）の制限を超えることができました。その他のコンピュータでは、Sinclair ZX80などのように 1 KB (プラス 4 KB ROM) しかなく(後に非常に人気となったZX Spectrum はより多くのメモリを持っていた)、初期のゲーム コンソールAtari 2600のように 128 バイトの RAM (プラスROM カートリッジからのストレージ) しかなかったため、ROM もカバーする必要がなければ、RAM には 8 ビット アドレス指定で十分だっただろう。Commodore 128などの 8 ビット システム (つまり 16 ビット アドレス指定を使用) では、64 KB 以上、つまり 128 KB の RAM を使用でき、BBC MasterではRAM を 512 KB まで拡張可能であった。

一般に 8 ビット CPU は 16 ビットのアドレス指定を備えていますが、MOS Technology 6502 CPUなどの一部のアーキテクチャでは両方が利用可能で、ゼロ ページが広範に使用され、そのページにアクセスする命令で 1 バイトを節約し、アドレスに 2 バイト、オペコードに 1 バイトを使用する 16 ビットのアドレス指定命令も備えています。

6502に搭載されている2つのインデックスレジスタなど、一部のインデックスレジスタは8ビットです。これにより、インデックス付きアドレス指定命令でアドレス指定できる配列のサイズは、複雑なコードを必要とせずに最大256バイトのオブジェクトに制限されます。Motorola 6800やIntel 8080などの他の8ビットCPUは、16ビットのインデックスレジスタを備えています。

注目すべき8ビットCPU

最初の商用8ビットプロセッサはIntel 8008（1972年）で、元々はDatapoint 2200 インテリジェントターミナル向けに開発されました。Intelの競合企業の多くは、このような文字指向の8ビットマイクロプロセッサからスタートしました。これらの8ビットマシンの改良版は、現在でも組み込みシステムで最も一般的なプロセッサの一つです。

MOS Technology 6502およびその派生製品は、Apple I、Apple II、Atari 8 ビット コンピュータ、BBC Micro、PET、VIC-20などのパーソナル コンピュータや、Atari 2600やNintendo Entertainment Systemなどの家庭用ビデオ ゲーム コンソールで使用されました。

初期または普及した 8 ビット プロセッサ (不完全)
メーカープロセッサ年コメント
インテル80081972Datapoint 2200互換
インテル808019748008ソース互換
モトローラ68001974
シグネティクス26501975
フェアチャイルドF81975
MOS650219756800に似ているが互換性はない
マイクロチップピック1975ハーバードアーキテクチャマイクロコントローラ
電子アレイEA900219768ビットデータ、12ビットアドレス指定
RCA18021976
ジログZ8019768080バイナリ互換
インテル808519768080バイナリ互換
ジログZ81978ハーバードアーキテクチャマイクロコントローラ
モトローラ680919786800ソース互換
インテル80511980ハーバードアーキテクチャマイクロコントローラ
MOS65101982コモドール64用にカスタムメイドされた強化版6502
リコー2A031982任天堂エンターテイメントシステム用の6502クローンからBCD命令を除いたもの
ジログZ1801985Z80バイナリ互換
モトローラ68HC111985
ハドソンHuC6280198765C02バイナリ互換
アトメルAVR1996
ジログeZ801999Z80バイナリ互換
インフィニオンXC8002005
フリースケール68HC08?
モトローラ6803?
NEC78K0 [4]?

トレーニング、プロトタイピング、一般的なハードウェア教育に使用

8ビットプロセッサは、コンピュータハードウェアに関する一般教育だけでなく、趣味の用途でも設計され続けています。そのようなCPUの1つは、7400シリーズの集積回路をブレッドボード上で使用して設計・実装されました。[5] [6] 8ビットCPUとそれに対応するアセンブラの設計は、工学部の学生、エンジニア、そして趣味の人にとって一般的な訓練課題です。この目的にはFPGAが用いられます。

参照

参考文献

  1. ^ Amdahl, GM ; Blaauw, GA ; Brooks, FP (1964). 「IBM System/360のアーキテクチャ」(PDF) . IBM Journal of Research and Development . 8 (2): 87– 101. doi :10.1147/rd.82.0087. 2017年8月10日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) .
  2. ^ 「X80 製品ライン: Z84C00」(PDF) 2024年4月15日。
  3. ^ “バンクスイッチング - C64-Wiki”. www.c64-wiki.com . 2021年4月8日閲覧。
  4. ^ “NEC 78K0”. NEC . 2008年10月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年2月10日閲覧。
  5. ^ Oberhaus, Daniel (2019年2月9日). 「This Guy Designed and Built an 8-bit CPU from Scratch」.マザーボード. 2021年11月4日閲覧。
  6. ^ コンスタンチノ、パウロ。74HCロジックを使用してゼロから作成した、グラフィックとサウンドを備えた自作8ビットCPU +コンピューター。
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