32-Bit-Computing - 32-bit computing

In der  Computerarchitektur sind 32-Bit- Ganzzahlen , Speicheradressen oder andere Dateneinheiten diejenigen, die 32 Bit (4 Oktette ) breit sind. Außerdem sind 32-Bit- CPU- und ALU- Architekturen solche, die auf Registern , Adressbussen oder Datenbussen dieser Größe basieren . 32-Bit- Mikrocomputer sind Computer, in denen 32-Bit- Mikroprozessoren die Regel sind.

Bereich zum Speichern von ganzen Zahlen

Ein 32-Bit-Register kann 2 32 verschiedene Werte speichern . Der Bereich der Integer- Werte, der in 32 Bit gespeichert werden kann, hängt von der verwendeten Integer-Darstellung ab . Bei den beiden gängigsten Darstellungen reicht der Bereich von 0 bis 4.294.967.295 (2 32 − 1) für die Darstellung als ( vorzeichenlose ) Binärzahl und −2.147.483.648 (−2 31 ) bis 2.147.483.647 (2 31 − 1) für die Darstellung als Zweierkomplement .

Eine wichtige Folge davon ist , dass ein Prozessor mit 32-Bit - Speicheradressen höchstens 4 direkten Zugriff hat  GiB von byte-adressierbaren Speichern (obwohl in der Praxis die Grenze niedriger sein kann).

Technische Geschichte

Der weltweit erste elektronische Computer mit gespeicherten Programmen, der Manchester Baby , verwendete 1948 eine 32-Bit-Architektur, obwohl dies nur ein Proof of Concept war und wenig praktische Kapazität hatte. Es enthielt nur 32 32-Bit-Wörter RAM auf einer Williams-Röhre und hatte keine Additionsoperation, nur Subtraktion.

Speicher sowie andere digitale Schaltungen und Verdrahtungen waren in den ersten Jahrzehnten der 32-Bit-Architekturen (60er bis 80er Jahre) teuer. Ältere 32-Bit-Prozessorfamilien (oder einfachere, günstigere Varianten davon) könnten daher viele Kompromisse und Einschränkungen aufweisen, um Kosten zu sparen. Dies könnte beispielsweise eine 16-Bit- ALU oder externe (oder interne) Busse sein, die schmaler als 32 Bit sind, die Speichergröße begrenzen oder mehr Zyklen für das Abrufen, Ausführen oder Zurückschreiben von Befehlen erfordern.

Trotzdem könnten solche Prozessoren als 32-Bit bezeichnet werden , da sie immer noch über 32-Bit-Register und -Befehle verfügen, die 32-Bit-Größen manipulieren können. Zum Beispiel hatte das IBM System/360 Model 30 eine 8-Bit-ALU, interne 8-Bit-Datenpfade und einen 8-Bit-Pfad zum Speicher, und das ursprüngliche Motorola 68000 hatte eine 16-Bit-Daten-ALU und eine 16-Bit-ALU externen Datenbus, hatte aber 32-Bit-Register und einen 32-Bit-orientierten Befehlssatz. Das 68000-Design wurde manchmal als 16/32-Bit bezeichnet .

Bei neueren 32-Bit-Designs ist jedoch oft das Gegenteil der Fall. Der Pentium Pro- Prozessor ist beispielsweise eine 32-Bit-Maschine mit 32-Bit-Registern und -Befehlen, die 32-Bit-Größen manipulieren, aber der externe Adressbus ist 36 Bit breit, was einen größeren Adressraum als 4 GB ergibt, und der externe Der Datenbus ist 64 Bit breit, hauptsächlich um einen effizienteren Vorabruf von Befehlen und Daten zu ermöglichen.

Architekturen

Zu den prominenten 32-Bit-Befehlssatzarchitekturen, die im Allzweck-Computing verwendet werden, gehören das IBM System/360 und das IBM System/370 (mit 24-Bit- Adressierung) und das System/370-XA , ESA/370 und ESA/390 (das mit 31-Bit- Adressierung), dem DEC VAX , dem NS320xx , der Motorola 68000-Familie (von denen die ersten beiden Modelle eine 24-Bit-Adressierung hatten), der Intel IA-32 32-Bit-Version der x86- Architektur und der 32- Bit-Versionen der Architekturen ARM , SPARC , MIPS , PowerPC und PA-RISC . 32-Bit-Befehlssatzarchitekturen, die für Embedded Computing verwendet werden, umfassen die 68000-Familie und ColdFire- , x86-, ARM-, MIPS-, PowerPC- und Infineon TriCore- Architekturen.

Anwendungen

Auf der x86 - Architektur , eine 32-Bit - Anwendung bedeutet normalerweise Software , die typischerweise (nicht notwendigerweise) verwendet den 32-Bit lineare Adreßraum (oder flaches Speichermodell ) möglich , mit den 80386 und späteren Chips. In diesem Zusammenhang entstand der Begriff, weil DOS , Microsoft Windows und OS/2 ursprünglich für die 8088/8086 oder 80286 geschrieben wurden , 16-Bit- Mikroprozessoren mit einem segmentierten Adressraum, bei dem Programme zwischen Segmenten wechseln mussten, um mehr als 64 Kilobyte zu erreichen von Code oder Daten. Da dies im Vergleich zu anderen Maschinenoperationen recht zeitaufwändig ist, kann die Performance darunter leiden. Außerdem wird die Programmierung mit Segmenten tendenziell kompliziert; Spezial- weit und in der Nähe von Keywords oder Speichermodelle hatte (mit Vorbehalt ) verwendet werden, nicht nur in Sprache Montage , sondern auch in Hochsprachen wie Pascal , kompilierte BASIC , Fortran , C , usw.

Der 80386 und seine Nachfolger unterstützen vollständig die 16-Bit-Segmente des 80286, aber auch Segmente für 32-Bit-Adressoffsets (unter Verwendung der neuen 32-Bit-Breite der Hauptregister). Wenn die Basisadresse aller 32-Bit-Segmente auf 0 gesetzt ist und Segmentregister nicht explizit verwendet werden, kann die Segmentierung vergessen werden und der Prozessor erscheint mit einem einfachen linearen 32-Bit-Adressraum. Betriebssysteme wie Windows oder OS/2 bieten die Möglichkeit, 16-Bit-Programme (segmentiert) sowie 32-Bit-Programme auszuführen. Die erstere Möglichkeit besteht aus Gründen der Abwärtskompatibilität und die letztere ist normalerweise für die Entwicklung neuer Software gedacht .

Bilder

In digitalen Bildern/Bildern bezieht sich 32-Bit normalerweise auf den RGBA-Farbraum ; dh 24-Bit- Truecolor- Bilder mit einem zusätzlichen 8-Bit- Alphakanal . Andere Bildformate geben ebenfalls 32 Bit pro Pixel an, wie z. B. RGBE .

In digitalen Bildern bezieht sich 32-Bit manchmal auf HDR-Formate ( High Dynamic Range Imaging ), die 32 Bit pro Kanal verwenden, also insgesamt 96 Bit pro Pixel. 32-Bit-pro-Kanal-Bilder werden verwendet, um Werte heller darzustellen, als es der sRGB- Farbraum zulässt (heller als weiß); Diese Werte können dann verwendet werden, um helle Lichter genauer beizubehalten, wenn entweder die Belichtung des Bildes verringert wird oder wenn es durch einen dunklen Filter oder eine stumpfe Reflexion betrachtet wird.

Zum Beispiel ist eine Reflexion in einem Ölteppich nur ein Bruchteil dessen, was in einer Spiegeloberfläche zu sehen ist. HDR-Bilder ermöglichen die Reflexion von Glanzlichtern, die immer noch als helle weiße Bereiche anstelle von mattgrauen Formen zu sehen sind.

Dateiformate

Ein 32-Bit-Dateiformat ist ein binäres Dateiformat , für das jede Elementarinformation auf 32 Bit (oder 4 Byte ) definiert ist. Ein Beispiel für ein solches Format ist das Enhanced Metafile Format .

Siehe auch

Verweise

Externe Links