4ビットコンピューティング

4 ビット コンピューティングとは、整数やその他のデータユニットが 4ビット幅であるコンピュータ アーキテクチャを使用することです。4 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 バスに基づいています。4 ビットのグループはニブルとも呼ばれ、 0 から 15 までの範囲で 2 ⁴ = 16 個の可能な値を持ちます。

4 ビット プロセッサは、電子計算機や、電子レジスタ、電子レンジのタイマーなど、10 進数の計算が使用されるその他の用途で広く使用されていました。これは、4 ビットの値が 1 つの2 進化 10 進数(BCD) 桁を保持し、10 進数の値を直接処理するのに自然なサイズであるためです。4 ビットの値は、実際のプログラムやデータのメモリ アドレスを保持するには一般に小さすぎるため、これらのシステムのアドレス バスは一般に大きくなっていました。たとえば、標準的な 4 ビットマイクロプロセッサである Intel 4004は、12 ビットのアドレス形式でした。

4 ビット設計は、集積回路がまだ高価だった短期間のみ使用され、主にコスト重視の役割で使用されていました。4 ビット コンピューティングはほとんど廃止されていますが、4 ビット値は、開発された当初と同じ 10 進中心の役割で今でも使用されており、最新の実装は一般にはるかに幅広く、複数の 4 ビット値を並列に処理します。このようなシステムの例としては、 1980 年代のHP Saturn設計があります。1990 年代までに、このような用途のほとんどは汎用バイナリ設計に置き換えられました。

4ビットプロセッサは制限があるように見えるかもしれませんが、10進数の桁が4ビットに収まる計算機には適しています。^[1]

最初のマイクロプロセッサのいくつかは4ビットのワード長を持ち、1970年頃に開発された。最初の商用マイクロプロセッサは、 1971年に計算機アプリケーション向けに開発された2進化10進数（BCDベース）のIntel 4004 ^{[2] [3]}であった。これは4ビットのワード長を持ち、8ビットの命令と12ビットのアドレスを持っていた。その後継としてIntel 4040が登場し、割り込みサポートやその他さまざまな新機能が追加された。

最初の商用シングルチップコンピュータは、4ビットのTexas Instruments TMS 1000（1974年）でした。^[1]ハーバードアーキテクチャと8ビット幅の命令を備えた4ビットCPU、オンチップ命令ROM、および4ビットワードのオンチップデータRAMが含まれていました。^[4]

ロックウェルPPS-4は1972年に発表された初期の4ビットプロセッサの1つで、携帯ゲーム機などで長く使われました。着実に改良され、1975年までにいくつかのサポートチップと組み合わせられ、ワンチップコンピュータが作られました。^[5]

4ビットプロセッサは、アセンブリ言語またはForthでプログラムされていました。たとえば、「MARC4 Family of 4 bit Forth CPU」^[6]（現在は製造中止）は、プログラムのサイズ制約が極端に大きく、Cプログラミング言語などの一般的なプログラミング言語（マイクロコントローラ、8ビット以上）が4ビットのデータ型をサポートしていないためです（C、C++、その他の言語では、データ型のサイズが少なくとも8ビットであること、^[7]およびビットフィールド以外のすべてのデータ型のサイズが文字サイズの倍数であることが要求されます^{[8] [9] [10]}）。 char

1970 年代には、ポケット電卓などの大衆市場向けの 4 ビット ソフトウェア アプリケーションが登場しました。1980 年代には、コストを抑えるために 、携帯型電子ゲームで 4 ビット マイクロプロセッサが使用されました。

1970 年代から 1980 年代にかけて、多くの研究用および商用コンピュータでビット スライシングが採用されていました。ビット スライシングでは、CPU の算術論理ユニット(ALU) が複数の 4 ビット幅のセクションで構築され、各セクションにはAm2901や74181などのチップが含まれていました。

Zilog Z80は8ビットのマイクロプロセッサですが、4ビットのALUを備えています。^{[11] [12]}

Data General Novaは16ビットのミニコンピュータシリーズですが、オリジナルのNovaとNova 1200は内部的に4ビットのALUを使用して4ビットずつ数値を処理していました。 ^[13]これは「ニブルシリアル」と呼ばれることもあります。^[14]

1984年から2003年にかけて多くのヒューレット・パッカードの計算機（ HP 48シリーズの科学計算機を含む）で使用されていたHP Saturnプロセッサは「4ビット」（または64ビットと4ビットのハイブリッド）マシンである。Intel 4004と同様に、複数の4ビットワードを連結して、例えば20ビットのメモリアドレスを形成し、レジスタのほとんどは64ビット幅で、16個の4ビットの数字を格納している。^{[15] [16] [17]}

さらに、1967年のカシオAL-1000、1972年のシンクレアエグゼクティブ、前述の1984年のHPサターンなどの初期の電卓には 、レジスタに一度に4ビット（BCDの1桁）アクセスする4ビットデータパスがありました。^[18]

ある自転車用コンピュータは、「4ビット、1チップマイクロコンピュータ」を使用していると明記しています。^[19]その他の一般的な用途としては、コーヒーメーカー、赤外線リモコン、^[20]、セキュリティアラームなどがあります。^[21]

バービータイプライターの暗号化可能なプロセッサは4ビットのマイクロコントローラです。^[22]

4 ビットを使用すると、16 種類の異なる値を作成できます。すべての 1 桁の16 進数は 4 ビットで記述できます。

2 進化 10 進数は、10 進表記法を使用して数値をデジタル符号化する方法であり、各 10 進数の桁は 4 ビットで表されます。

• Intel 4004 (1971 年の最初の 4 ビット マイクロプロセッサ。ただし、 1969 年のFour-Phase Systems AL1 の方が古く、1981 年に製造中止)
• Intel 4040 (1981 年に製造中止)
• TMS 1000 (Intel 4004 に続く、1974 年の最初の大量生産の商用マイクロコントローラ。現在は製造中止)
• Atmel MARC4コア^{[23] [24]}（需要が低かったため製造中止。「最終出荷日: 2015年3月7日」^[25]）
• Samsung S3C7 (KS57 シリーズ) 4 ビット マイクロコントローラ (RAM: 512 ～ 5264 ニブル、6 MHz クロック)
• 東芝 TLCS-47シリーズ
• HPサターン
• NEC μPD75X
• NEC μCOM-4
• NEC（現ルネサス）μPD612xA（生産終了）、μPD613x、μPD6x ^{[20] [26]}、μPD1724x ^[27]赤外線リモコン送信機マイクロコントローラ^{[28] [29]}
• EM Microelectronic-Marin EM6600ファミリー、^[30] EM6580、^{[31] [32]} EM6682、^[33]など。
• エプソンS1C63ファミリー
• ナショナルセミコンダクター「COPS I」および「COPS II」（「COP400」）4ビットマイクロコントローラファミリ^[34]
• ナショナルセミコンダクターMAPS MM570X
• シャープSM590/SM591/SM595 ^{[35] : 26–34}
• シャープ SM550/SM551/SM552 ^{[35] : 36–48}
• シャープ SM578/SM579 ^{[35] : 49–64}
• シャープ SM5E4 ^{[35] : 65–74}
• シャープLU5E4POP ^{[35] : 75–82}
• シャープ SM5J5/SM5J6 ^{[35] : 83–99}
• シャープ SM530 ^{[35] : 100–109}
• シャープ SM531 ^{[35] : 110–118}
• シャープ SM500 ^{[35] : 119–127} (ROM 1197×8ビット、RAM 40×4ビット、分周器および56セグメントLCD駆動回路)
• シャープ SM5K1 ^{[35] : 128–140}
• シャープSM4A ^{[35] : 141–148}
• シャープ SM510 ^{[35] : 149–158} (ROM 2772×8ビット、RAM 128×4ビット、分周器および132セグメントLCD駆動回路)
• シャープ SM511/SM512 ^{[35] : 159–171} (ROM 4032×8ビット、RAM 128/142×4ビット、分周器、136/200セグメントLCD駆動回路)
• シャープSM563 ^{[35] : 172–186}

• GMC-4
• 日立 HD44780 LCD コントローラ
• 4 ビット通信用の Intel のLPC (low-pin-count) バス/インターフェイス
  • 現代のコンピュータの後継であるIntelの拡張シリアルペリフェラルインターフェース（eSPI）は、1ビット、2ビット、4ビットの通信を可能にします。

• サターンCPU
• 「製品: 高性能 4 ビット マイクロコントローラ (S1C63 ファミリー)」。エプソン。2013 年 7 月 29 日のオリジナルからアーカイブ。
• 4ビット処理に関する考慮事項