La potenza di due bit per parola è "conveniente"? Se lo è, perché è così?

Non penso che i byte da 8 bit abbiano avuto successo perché hanno una larghezza che è una potenza di due. Se non vuoi indirizzare i bit individualmente - e questa è una caratteristica comune né ora né in passato - avere una potenza di due non ha alcuna reale importanza pratica (è solo - ora molto più che in passato quando risparmi alcuni componenti discreti erano importanti - un riflesso per gli ingegneri hardware e software e il mantenimento in un terreno familiare è importante per altri scopi), e non ricordo di averlo menzionato nella mia storia delle letture informatiche (1). Uno aveva bisogno di casi inferiori, il che significava qualcosa di più dei set di caratteri a 6 bit allora dominanti. ASCII era a 7-bit, ma l'ASCII era allora puramente come per l'interscambio (e quindi per essere tradotto in codice interno per la gestione), e quindi

The Subcommmitee recognizes that computer manufacturer are unlikely to design computers that use 7-bit codes internally. They are more likely to use 4-bit, 6-bit, and 8-bit codes. There is no widespread need at the present for interchange of more than 128 separate and distinct characters between computers, and between computers and associated input/output equipment. [paper tape, which had a natural frame size of 8 bits but needed parity so the payload of a frame was 7 bits is also cited in favor of 7-bit char for ASCII, power of two is not cited among the advantages of 8 bits] (2)

e per l'hardware il byte di 8 bit ha vinto perché ha permesso di comprimere 2 cifre decimali in un byte alla volta quando il 75% dei dati era numerico e rappresentato in BCD (3).

(1) ad esempio Blaauw e Brooks, Computer Architecture ; MacKenzie, Set di caratteri codificati, storia e sviluppo hanno entrambi una discussione su questo argomento.

(3) Documento di X3.2 - Subcommitee responsabile di ASCII - citato da MacKenzie.

(3) MacKenzie, di nuovo.

A parte l'incidente storico, non c'è una ragione particolare per cui dovremmo usare 8/16/32/64 bit. Suppongo che il 12/24/48/96 bit sarebbe davvero più utile.

Per la gestione del testo, Unicode utilizzando un'ipotetica UTF-24 sarebbe più economico di UTF32; l'ipotetico UTF-12 memorizzerebbe tutti i caratteri UTF-8 a byte singolo e doppio in 12 bit e tutti i caratteri UTF-8 a triplo e quad byte in 24 bit (l'intervallo sarebbe leggermente ridotto a 2 ^ 20 caratteri, ma è ancora quattro volte più di quanto è generosamente usato); il codice sarebbe più semplice perché ci sono solo due varianti.

Di solito, a virgola mobile, 48 bit è sufficiente. 96 bit è sostanzialmente migliore di 80 bit esteso. 24 bit è utile per la grafica; molto più utile del 16 bit supportato da alcune schede grafiche. I puntatori a 48 bit possono gestire 256 terabyte.

L'unico svantaggio sono gli array di bit, in cui una divisione per 12 deve calcolare le posizioni dei byte. Se questo è ritenuto importante, sono sicuro che la divisione per 12 può essere implementata in modo abbastanza efficiente nell'hardware.

Ciò è conveniente a causa di architetture hardware comuni che utilizzano multipli di 8, ad es. Architetture a 32 e 64 bit. Ciò significa maggiore efficienza quando si utilizza la memorizzazione e la trasmissione di dati a 8 bit.

"Tuttavia, le considerazioni di economia nel design spingono strongmente verso una dimensione, o pochissime dimensioni legate da multipli o frazioni (sottomultipli) a una dimensione primaria, che la dimensione preferita diventa la dimensione della parola dell'architettura."

Word (architettura del computer)

Vedi anche: Qual è la cronologia del motivo per cui i byte sono otto bit?

Secondo l'articolo di Wikipedia per parola , questo rende i calcoli relativi all'indirizzamento la memoria è notevolmente più semplice:

Different amounts of memory are used to store data values with different degrees of precision. The commonly used sizes are usually a power of two multiple of the unit of address resolution (byte or word). Converting the index of an item in an array into the address of the item then requires only a shift operation rather than a multiplication. In some cases this relationship can also avoid the use of division operations. As a result, most modern computer designs have word sizes (and other operand sizes) that are a power of two times the size of a byte.

È strettamente correlato allo spazio degli indirizzi. Aggiungendo un altro bit al bus degli indirizzi, è possibile indirizzare il doppio delle posizioni di memoria. Quindi, quando aggiungi quella linea in più, potresti anche usarla fino in fondo.

Questo porta ad una progressione naturale di 1, 2, 4, 8, 16, 32 ecc.

A livello tecnico di produzione è anche facile ripetere lo stesso modello litografico. Cioè, per raddoppiarlo. Se inizi con un latch e poi raddoppi il pattern, passerai 8, non 6, 10 o 12.

Non sempre le word width hanno una potenza di due. Recentemente ho eseguito alcune operazioni di codifica in un DSP SHARC che ha una larghezza di parola di 32 bit per i numeri ma non per gli opcode (che hanno una larghezza di 48 bit).

Probabilmente il motivo per cui la larghezza delle parole è una potenza di due è a causa di alcune istruzioni che testano (o impostano o azzerano) un singolo bit o spostamento (o rotazione) a sinistra o a destra di un numero specificato di bit. C'è un campo di bit nell'opcode per specificare la posizione del singolo bit o il numero di bit da spostare. Se la larghezza della parola è una potenza di due, questo campo di bit richiede log ₂ (word_width) bit per coprire l'intera parola. Vale a dire, una parola larga 32 bit richiede un campo a 5 bit nell'opcode per queste operazioni. Se la parola fosse larga 33 bit, sarebbe necessario 6 altrimenti non potrebbe coprire l'intera parola, ma sarebbe anche il caso se la parola fosse larga 64 bit.

I bit in un opcode sono estremamente preziosi, quindi di solito non li vogliono sprecare. Quindi ha senso rendere la parola una potenza di 2 di larghezza.

I byte di motivazione hanno una larghezza di 8 bit è che è la più piccola potenza di due che può contenere un carattere ASCII (che è 7 bit).