Woordlengte

Woordlengte is 'n term waarmee die grootte van 'n masjienwoord in bisse in 'n rekenaar aangegee word. Meestal word by die woordlengte gepraat oor die woordlengte wat die mikroverwerker intern gebruik om sy berekeninge uit te voer, so word gepraat van 4-, 8-, 16-, 32- en 64-bisverwerkers.

Woordlengte

Die woordlengte van 'n verwerker bepaal op hoeveel data die verwerker per klokpuls bewerkinge kan uitvoer. 'n Verwerker met 'n grotere woordlengte kan dus per klokpuls bewerkinge op meer data uitvoer. As die verwerker besig is data te verplaas is kan 'n 32-bisverwerker byvoorbeeld twee keer soveel data per klokpuls verplaas as 'n 16-bisverwerker.

Indien getalle opgetel word kan een 32-bisverwerker getalle van 0 tot en met 4 294 967 295 optel (2³² - 1) terwyl 'n 16-bisverwerker getalle van 0 tot en met 65 535 (2¹⁶ - 1) kan optel. In hierdie geval sal die 32-bisverwerker alleen vinniger wees as getalle groter as 65 535 voorkom, naamlik die 32-bisverwerker kan hierdie getalle met 1 optelinstruksie optel, terwyl die 16-bisverwerker geen instruksies het om sulke groot getalle op te tel nie; hy sal die bewerking met losse, afsonderlike instruksies moet simuleer.

Uit die bogenoemde blyk dat die vergroting van die woordlengte in 'n verwerker 'n voordeel oplewer wat nogal afhanklik is van die toepassing:

By verplasing van data verdubbel die snelheid
By optelling van klein getalle bly die snelheid onveranderd
By optelling van groot getalle neem die snelheid baie keer toe (baie afsonderlike instruksies word vervang deur 1 instruksie).

Vergroting van die woordlengte het ook nadele vir die snelheid, naamlik daar moet grotere blokke data na die verwerker gevoer word. Omdat die snelheid van geheue eindig is, is 'n verwerker met 'n grotere woordlengte hier in die nadeel. 'n Grotere woordlengte het gewoonlik ook tot gevolg dat die programkode meer plek in neem. 'n Laaste effek is dat sommige instruksies traer word by 'n grotere woordlengte. Voer u maar eens 'n vermenigvuldiging uit op papier onder mekaar soos as u dit op skool geleer het. Indien u grotere getalle gebruik, het u meer werk. Die rekenaar voer die vermenigvuldiging op presies dieselfde wyse uit. By 'n optelbewerking word die opteleenheid twee keer so breed gemaak sodat daar geen ekstra werk is nie. By vermenigvuldiging werk dit nie, omdat u papiertjie by grotere getalle nie alleen breër word nie, maar ook langer word.

In die algemeen het 'n verdubbeling van die woordlengte in die rekenaargeskiedenis 'n voordelige effek gehad. Elke vergroting van die woordlengte het egter telkens 'n kleiner effek gehad. Gevolglik sal daar vermoedelik nog wel 128-bisverwerkers kom, maar of ons ooit 1024-bisverwerkers sal gebruik is ernstig te betwyfel.

Adresseerbare geheue

In die eenvoudigste ontwerp van 'n verwerker vir sowel die programmeerder as die verwerkerontwerper bestaan 'n wyser uit die nommer van een van die grepe in die geheue. As 'n verwerker dan 'n woordlengte van 32 bisse het dan kan jy maksimaal 2^32 = 4294967296 verskillende grepe aanwys. Dit is dan die maksimale hoeveelheid geheue wat so 'n verwerker kan aanspreek, in hierdie geval dus 4 gigagreep.

By 'n 16-bisverwerker is dit 64 kilogreep, by 'n 8-bisverwerker is dit 256 grepe. Hierdie is kleinere hoeveelhede as veelal gewens is en daarom gebruik verwerker met kleine woordlengtes gewoonlik 'n ingewikkelder stelsel.

Die 6502, 'n 8-bisverwerker, gebruik die eerste 256 grepe van die geheue voor die sogenoemde "zeropage". Op 'n willekeurige plek in die zeropage kan dan 'n 16-bis getal geplaas word en die verwerker beskik oor 'n spesiale zeropageadresseermodus sodat wysers wat in hierdie zeropage geplaas word doeltreffend gebruik kan word. Hiermee kan die 6502 64-kilogreep geheue aanspreek.

Die 8086, 'n 16-bisverwerker, gebruik die roemrugte segment/offset-stelsel. By hierdie verwerker bestaan 'n wyser uit twee 16-biswaardes, 'n "segment" en 'n "offset". Die eintlike geheueposisie word bereken as volg:

geheue-adres = 16 * segment + offset

Hiermee kan die 8086 maksimaal 1 megagreep geheue aanspreek. Deur 'n ontwerpbeslissing van IBM is dit in die IBM PC verder teruggebring tot 640 kilogrepe.

Waarom het verwerkers by 4-bis begin?

Die redes waarom daar in die sewentigerjare nie met groter woordlengtes begin is nie, het te doen met die beskikbare konstruksietegnieke van destyds. Destyds kon maar net enkele duisende transistors op 'n vlokkie geplaas word, met die gevolg dat 'n enorm suinige transistorbeleid by die ontwerp gehandhaaf moes word. Deurdat 'n grotere woordlengte meer transistors vereis (die ekstra bisse het tog ook logika nodig wat dit verwerk), is ontwerpers genoop om suinig te wees met woordlengte.

In die begin van die tagtigerjare het die aantal transistors 'n minder groot probleem geword, en in 32-bisverwerkers het dit moontlik geblyk om ontwerpvereenvoudiginge deur te voer waarmee hierdie verwerkers nie baie meer transistors vereis as 16-bisverwerkers nie. (Een van die redes hiervoor was dat maksimum van 4 gigagreep voldoende geheue was en die komplekse stelsels vir geheue-adressering soos hierbo beskryf is oorbodig geword het.)

16-bisverwerkers is egter steeds verkies weens beperkinge wat printplaatontwerpe teweeggebring het. Weens die streng vereistes vir tydreëling wat vir geheues van destyds nodig was, was daar baie min vryheid by die ontwerp van gedrukte stroombane en was dit baie lastig om voldoende stroombane vir 'n 32-bisverwerker op die gedrukte stroombaan te kry.

In daardie tyd het die tuisrekenaarrevolusie losgebars en was daar ekstra druk op rekenaarvervaardigers om hulle gedrukte stroombane eenvoudig te hou. Gevolglik moes die segetog van die 32-bisverwerker wag tot die tweede helfte van die tagtigerjare.

Tans is die ontwerp van die stroombane op 'n moederbord steeds geen eenvoudige kwessie nie. 'n Aantal tegnieke het dit moontlik gemaak dat ons op die huidige stand van tegniek gekom het. Een belangrike ontwikkeling is die moderne geheues wat met 'n bepaalde vertragingstyd rekening kan hou. Moderne moederborde bestaan verder uit baie lae stroombane watter bo-op mekaar geplak is, waarmee die stroombane in goeie bane geleid.