Электроника:Цифровая электроника/Двоичная арифметика/Наборы битов

Содержание

Теория

Практика

Проверка знаний

Рецепты

Эксперименты

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

Перевод: Макаров В. (valemak)

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Наборы битов

Единственная причина изучать и использовать двоичную систему счисления в электронике – это необходимость понимания того, как проектировать, создавать и устранять неисправности схем, которые представляют и обрабатывают числовые данные в цифровой форме.

Поскольку бивалентная (т.е. имеющая только два возможных состояния) система двоичной битовой нумерации так легко поддаётся представлению состояниями транзистора «Вкл.» и «Выкл.» (насыщение и отсечка, соответственно), имеет смысл разрабатывать и создавать схемы, использующие этот принцип для выполнения бинарных вычислений.

Если бы мы построили схему для представления двоичного числа, нам пришлось бы выделить достаточно транзисторных схем, чтобы представить столько битов, сколько нужно. Другими словами, при проектировании цифровой схемы мы должны сначала решить, сколько битов (максимум) мы хотели бы взять, поскольку для каждого бита требуется собственная схема включения/выключения чтобы с помощью него представлять разряд числа.

Это аналогично проектированию счётов для цифрового представления десятичных чисел: мы должны решить, сколько цифр мы хотим обрабатывать в этом примитивном «калькуляторе», поскольку для каждой цифры требуется отдельная спица со счётными костяшкам.

Рис. 1. 10-спицевые бухгалтерские счёты.

На счётах с десятью спицами можно представлять десятизначное десятеричное число с максимальным значением 9999999999 (9 миллиардов 999 миллионов 999 тысяч 999). Если бы мы хотели отобразить на этих счётах большее число, мы не смогли бы этого сделать без добавления дополнительных спиц.

При проектировании цифровых электронных компьютеров принято закладывать систему для общей «битовой ширины»: определиться с максимальным числом битов, выделяемых для представления числовых величин. Ранние цифровые компьютеры обрабатывали биты группами, в количестве по четыре или по восемь.

Более современные системы обрабатывают числа в кластерах по 32 (и более) бита. Чтобы удобнее выражать «разрядность» таких кластеров в цифровом компьютере, к более распространённым группам применяются определённые паттерны.

Восемь битов, сгруппированные вместе, формирующие единую двоичную величину, известны как байт. Четыре бита, сгруппированные в одно двоичное число, известны под шуточным названием «кусачки» (от англ. nibble), которое часто пишется как nybble (на русском языке используется калька с английского «ниббл», а также название «полубайт»).

От байтов и полубайтов произошло множество других терминов для обозначения определённых групп двоичных битов. Большинство терминов, упомянутые здесь, являются неофициальными и не были признаны «авторитетными» группами по стандартизации или какими другими санкционирующими органами.

Однако их упоминание в этой главе оправдано тем, что они время от времени появляются в технической литературе, а также благодаря той толике легкомыслия, которой они разбавляют сухость данной темы:

• Bit («бит»): единственная двухвалентная единица двоичной записи. Эквивалентно десятеричной «цифре».
• Crumb («крамб»), Tydbit («тидбит») или Tayste («тэйст»): два бита.
• Nibble/Nybble («ниббл», он же «полубайт»): четыре бита.
• Nickle («никль»): пять бит.
• Byte («байт»): восемь бит.
• Deckle («декль»): десять бит.
• Playte («плэйт»): Шестнадцать бит.
• Dynner («диннер»): тридцать два бита.
• Word («ворд», оно же «машинное слово»): зависит от системы.

Самым неоднозначным термином на сегодняшний день является машинное слово, относящееся к стандартной группировке битов в конкретной цифровой системе. Для компьютерной системы, использующей 32-битный операционный автомат, «слово» будет вмещать 32 бита.

Если бы система использовала 16 бит в качестве стандартной группировки для двоичных величин, «слово» означало бы 16 бит. Термины playte и dynner, напротив, всегда относятся к 16 и 32 битам соответственно, независимо от системного контекста, в котором они используются.

Контекстная зависимость также верна для терминов, производных от машинного слова, таких как двойное машинное слово и длинное машинное слово (в обоих случаях это означает удвоенную стандартную разрядность), машинное полуслово (половина от стандартной разрядности) и четверное машинное слово (означающее, что в четыре раза больше стандартной разрядности).

Одним из шуточным дополнением к этому несколько скучному набору производных слов является термин chawmp («чомп»), что означает то же самое, что и машинное полуслово. Например, chawmp будет составлять 16 бит в контексте 32-битной цифровой системы и 18 бит в контексте 36-битной системы. Кроме того, термин gawble («гобл», дословно переводится как «болтовня») иногда является синонимом машинного слова.

Определения вышеперечисленных терминов для групп битов взяты из «жаргонного лексикона» Эрика Стивена Раймонда, сетевого словаря «Файл Жаргона», содержащего один из самых полных списков специализированных терминов – как общеизвестных, так и редко употребляемых – имеющих отношение к сфере компьютерного программирования.