1ビットコンピューティング

コンピュータアーキテクチャでは、1 ビットの 整数やその他のデータユニットは、 1ビット(1/8オクテット) 幅のものです。また、1 ビットの中央処理装置(CPU) と算術論理装置(ALU) のアーキテクチャは、そのサイズのレジスタに基づいています。

すべてのレジスタとアドレスバスが 1 ビットのみであるコンピュータやマイクロコントローラは存在しません。1 ビットレジスタには 2 つの異なる値しか格納できません。これは非常に制限的であるため、プログラムカウンタには不十分です。プログラムカウンタは、最新のシステムではオンチップレジスタに実装されていますが、一部の 1 ビットシステムではオンチップに実装されていません。少なくとも 1 つの 1 ビットプロセッサアーキテクチャのオペコードは4 ビットで、アドレスバスは 8 ビットでした。

1 ビットコンピューティングはほとんど時代遅れですが、1 ビットシリアル通信は、たとえば 64 ビットでバスもはるかに大きい最新のコンピューターでまだ使用されています。

1ビットCPUは時代遅れですが、2013年の最初のカーボンナノチューブコンピュータは1ビット1命令セットコンピュータです（トランジスタは178個しかありません。命令は1つしかありませんが、20MIPS命令をエミュレートできます）。^[1]

1ビット

シリアルコンピュータは、一度に1ビットずつデータを処理します。たとえば、PDP-8/Sは1ビットのALUを使用して12ビットをシリアルに処理する12ビットコンピュータでした。 ^[2]

ディスクリートロジックSSIチップから構築された1ビットコンピュータの例としては、 Wang Laboratoriesが開発したWang 500（1970/1971）電卓^[3]^[4]やWang 1200（1971/1972）^[5]ワードプロセッサシリーズがあげられる。

CPUとして販売された1ビットアーキテクチャの例としては、モトローラのMC14500B産業用制御ユニット（ICU）^[6]^[7]があり、1977年に導入され、少なくとも1990年代半ばまで製造されていました。^[7]マニュアルには次のように書かれています。

[…] コンピュータやマイクロコンピュータも使用できますが、タスクが複雑になりがちで、システムの開発と保守には高度な訓練を受けた人員が必要になることがよくあります。入力と出力を 1 つずつ操作するように設計され、リレーシステムに似た構成のよりシンプルなデバイスが導入されました。これらのデバイスは、制御業界ではプログラマブルロジックコントローラ(PLC) として知られるようになりました。モトローラ MC14500B 産業用制御ユニット (ICU) は、PLC の中央アーキテクチャをモノリシックに具現化したものです […]
1 ビットマシンに適さない機能があります。 […] 状況によっては、MC6800 MPU と MC14500B ICU の組み合わせが最適なソリューションになる場合があります。 […]
プログラムカウンタ
プログラムカウンタは、 8 ビットのメモリアドレスを作成するために連結された2 つの MC145168 バイナリアップカウンタで構成されています。これにより、システムは 256 個の個別のメモリワードをアドレス指定できるようになります。カウンタは、ICU クロック (CLK) 信号の立ち上がりエッジでカウントアップし、ICU がリセットされるとゼロにリセットされるように構成されています。プログラムカウンタのカウントシーケンスは、ICU のいかなる操作によっても変更できないことに注意してください。これは、システムがループ制御構造を持つように構成されていることを示しています。
メモリ

このシステムのメモリは、1 つの MCM7641 512 ワード x 8 ビット PROM メモリで構成されています。プログラムカウンタは 8 ビット幅しかないため、一度に使用できるのは 256 ワード (メモリの半分) だけです。ただし、メモリのアドレスの最上位ビットをハイまたはローに配線することで、システム設計者はジャンパーオプションのみを使用して 2 つの別々のプログラムを選択できます。これは、非常に高速なシステム変更が必要な場合に便利な機能です。
— MC14500B産業用制御ユニットハンドブック^[6]

このCPUをベースにしたコンピュータとして知られているものの1つにWDR 1ビットコンピュータがある。^[8] 1ビットアーキテクチャのプログラムの典型的な命令シーケンスは次のようになる。

デジタル入力 1 を 1 ビットレジスタにロードします。
1 ビットレジスタの値と入力 2 のOR 演算を実行し、結果をレジスタに残します。
1 ビットレジスタの値を書き込み、1 を出力します。

このアーキテクチャは、算術計算を実行するよりも決定を下すプログラム、ラダーロジック、シリアルデータ処理に適していると考えられていました。^[6]

学術界では 1 ビットアーキテクチャの設計研究もいくつか行われており、プログラミングでも対応する 1 ビットロジックが見つかります。

1 ビットアーキテクチャの他の例としては、命令リスト(IL)でプログラムされるプログラマブルロジックコントローラ(PLC) があります。

初期の超並列コンピュータのいくつかも、プロセッサに 1 ビットアーキテクチャを使用していました。例としては、1983 年 5 月のGoodyear MPPや 1985 年のConnection Machineなどがあります。個々のプロセッサに 1 ビットアーキテクチャを使用することで、当時利用可能なチップ技術を使用して非常に大規模な配列 (たとえば、Connection Machine には 65,536 個のプロセッサがありました) を構築できました。この場合、1 ビットプロセッサの遅い計算と、多数のプロセッサとのトレードオフでした。

1ビットCPUは現在では時代遅れとみなされています。これまで生産された種類はそれほど多くありませんが、2022年現在でも^[update]一部のMC14500Bチップはブローカーから時代遅れの部品として入手可能です。^[9]^[10]

参照

参考文献

^ Courtland, Rachel (2013-09-25). 「カーボンナノチューブで作られた最初のコンピューターが登場 - 控えめな1ビット、1kHzのマシンが新しいポストシリコン時代の到来を告げる可能性がある」。IEEE Spectrum: テクノロジー、エンジニアリング、サイエンスニュース。2022年6月15日時点のオリジナルからアーカイブ。2021年4月18日閲覧。
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さらに読む

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Mueller, Dieter (2008). 「MC14500 と算術」。2017 年 5 月 20 日にオリジナルからアーカイブ。2018年 7 月 18 日に閲覧。
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外部リンク

シェンブリ、ティエリー。ビゾワール、シルヴァン。ボワソー、オリヴィエ。ショーヴォー、ピエール＝エマニュエル。「WDR-1ビットコンピュータ」。オールドコンピュータ.COM。 2017-05-20 のオリジナルからアーカイブ。2017 年 5 月 20 日に取得。

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[eBay_2022-10] “MC14500B”. www.ebay.com . 2022年6月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年11月4日閲覧。