ประวัติของเหตุใดไบต์ถึงแปดบิต?

สิ่งที่กองกำลังทางประวัติศาสตร์ในการทำงานการแลกเปลี่ยนที่จะทำในการตัดสินใจที่จะใช้กลุ่มแปดบิตเป็นหน่วยพื้นฐาน?

มีเครื่องใช้ครั้งหนึ่งเคยใช้คำขนาดอื่น แต่วันนี้สำหรับผู้ที่ไม่ใช่แปดคนคุณต้องมองไปที่ชิ้นส่วนพิพิธภัณฑ์ชิปพิเศษสำหรับการใช้งานแบบฝังและ DSP ไบต์วิวัฒนาการมาจากความวุ่นวายและความคิดสร้างสรรค์ในยุคแรก ๆ ของการออกแบบคอมพิวเตอร์อย่างไร

ฉันสามารถจินตนาการได้ว่าบิตที่น้อยลงจะไม่มีประสิทธิภาพในการจัดการข้อมูลเพียงพอที่จะทำให้การคำนวณเป็นไปได้ในขณะที่หลาย ๆ คนอาจทำให้ฮาร์ดแวร์มีราคาแพง มีอิทธิพลอื่น ๆ ในการเล่นหรือไม่? เหตุใดแรงเหล่านี้จึงสมดุลกันถึงแปดบิต

(BTW ถ้าฉันสามารถเดินทางข้ามเวลาได้ฉันจะกลับไปเมื่อ "ไบต์" ถูกประกาศให้เป็น 8 บิตและโน้มน้าวให้ทุกคนทำให้มันเป็น 12 บิตติดสินบนพวกเขาด้วยเครื่องประดับเล็ก ๆ แห่งศตวรรษที่ 21)

งานแรก ๆ จำนวนมากทำด้วยรหัส baudot 5 บิต แต่สิ่งเหล่านั้นก็ค่อนข้าง จำกัด (มีเพียง 32 ตัวอักษรที่เป็นไปได้ดังนั้นโดยทั่วไปจะเป็นเพียงตัวพิมพ์ใหญ่และเครื่องหมายวรรคตอนไม่กี่ตัวแต่ไม่เพียงพอสำหรับตัวเลข) .

จากนั้นมีเครื่องจักรไม่กี่ตัวที่ไปอักขระ 6 บิต นี่ยังค่อนข้างไม่พอเพียง - ถ้าคุณต้องการตัวอักษรและตัวเลข (อังกฤษ) ตัวพิมพ์เล็กและใหญ่ที่เหลือเพียงสองตัวอักษรเพิ่มเติมสำหรับเครื่องหมายวรรคตอนดังนั้นส่วนใหญ่ยังคงมีเพียงหนึ่งตัวอักษรในชุดอักขระ

ASCII กำหนดชุดอักขระ 7 บิต นั่นคือ "ดีพอ" สำหรับการใช้งานเป็นเวลานานและได้สร้างพื้นฐานของชุดอักขระที่ใหม่ที่สุดเช่น ISO 646, ISO 8859, Unicode, ISO 10646 เป็นต้น

คอมพิวเตอร์แบบไบนารี่กระตุ้นให้นักออกแบบสร้างพลังได้สองขนาด เนื่องจากชุดอักขระ "มาตรฐาน" จำเป็นต้องใช้ 7 บิตอยู่แล้วมันจึงไม่เป็นการยืดเลยที่จะเพิ่มหนึ่งบิตอีกเล็กน้อยเพื่อให้ได้พลังงาน 2 (และจากนั้นพื้นที่เก็บข้อมูลก็ถูกกว่ามากพอที่ "สิ้นเปลือง" เล็กน้อยสำหรับตัวละครส่วนใหญ่ เป็นที่ยอมรับมากขึ้นเช่นกัน)

ตั้งแต่นั้นมาชุดอักขระได้ย้ายไปที่ 16 และ 32 บิตแต่คอมพิวเตอร์กระแสหลักส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับพีซี IBM ดั้งเดิม จากนั้นอีกครั้งตลาดพอพอใจกับตัวละคร 8-bit อย่างเพียงพอแม้ว่าพีซีไม่ได้มาถึงระดับที่เป็นปัจจุบันฉันไม่แน่ใจว่าทุกคนจะทำทุกอย่างด้วยตัวละครที่ใหญ่กว่าอยู่ดี

ฉันควรจะเพิ่มว่าตลาดมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย ในตลาดปัจจุบันขนาดตัวอักษรจะถูกกำหนดโดยฮาร์ดแวร์น้อยกว่าซอฟต์แวร์ Windows, Java และอื่น ๆ ย้ายไปที่อักขระ 16 บิตนานแล้ว

ตอนนี้อุปสรรคในการรองรับอักขระ 16- หรือ 32- บิตเป็นเพียงเล็กน้อยจากความยากลำบากที่มีอยู่ในตัวอักษร 16- หรือ 32- บิตตัวเองและส่วนใหญ่มาจากความยากลำบากในการรองรับ i18n โดยทั่วไป ใน ASCII (ตัวอย่าง) การตรวจสอบว่าตัวอักษรเป็นตัวพิมพ์ใหญ่หรือตัวพิมพ์เล็กหรือแปลงระหว่างสองตัวนั้นเป็นเรื่องเล็กน้อยอย่างไม่น่าเชื่อ ใน Unicode / ISO 10646 เต็มรูปแบบมันมีความซับซ้อนอย่างคลุมเครือ (จนถึงจุดที่มาตรฐานไม่ได้ลอง - พวกเขาให้ตารางไม่ใช่คำอธิบาย) จากนั้นคุณเพิ่มในความจริงที่ว่าสำหรับบางภาษา / ชุดอักขระแม้แต่แนวคิดพื้นฐานของตัวพิมพ์ใหญ่ / ตัวพิมพ์เล็กก็ไม่สามารถใช้ได้ จากนั้นคุณเพิ่มในความจริงที่ว่าแม้การแสดงตัวละครในบางตัวนั้นยังคงซับซ้อนกว่ามาก

นั่นคือทั้งหมดที่ซับซ้อนพอที่ซอฟต์แวร์ส่วนใหญ่ไม่ได้ลอง สถานการณ์กำลังดีขึ้นอย่างช้า ๆแต่ช้า ๆก็คือคำผ่าตัด

เจ็ดบิตสำหรับข้อมูล ASCII และอีกหนึ่งสำหรับพาริตี้ตรวจจับข้อผิดพลาด

ลองดูที่หน้าวิกิพีเดียเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมแบบ 8 บิต แม้ว่าชุดอักขระอาจมี 5-, 6- แล้ว 7 บิตสถาปัตยกรรม CPU / หน่วยความจำพื้นฐานที่ใช้พลังของ 2 เสมอไมโครโปรเซสเซอร์แรกมาก (ประมาณปี 1970) มีบัส 4 บิตซึ่งหมายความว่าคำสั่งหนึ่งสามารถย้าย 4- บิตของข้อมูลระหว่างหน่วยความจำภายนอกและ CPU

จากนั้นด้วยการเปิดตัวโปรเซสเซอร์ 8080 สถาปัตยกรรม 8 บิตก็ได้รับความนิยมและนั่นคือจุดเริ่มต้นของชุดคำสั่งการประกอบ x86 ซึ่งใช้กันในทุกวันนี้ ถ้าฉันต้องเดาไบต์มาจากโปรเซสเซอร์รุ่นแรก ๆ ที่ประชาชนทั่วไปเริ่มยอมรับและเล่นกับพีซีและ 8 บิตถือว่าเป็นขนาดมาตรฐานของข้อมูลหน่วยเดียว

ตั้งแต่ขนาดรถบัสเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แต่มันก็ยังคงเป็นขุมพลังของ 2 (เช่น 16-, 32- และตอนนี้ 64 บิต) ที่จริงฉันแน่ใจว่าภายในของรถบัสวันนี้มีความซับซ้อนมากกว่าเพียงแค่ 64 สายขนาน แต่ สถาปัตยกรรม CPU หลักปัจจุบันคือ 64- บิต

ฉันจะสมมติว่าเพิ่มเป็นสองเท่าเสมอ (แทนที่จะเพิ่มขึ้น 50%) มันง่ายกว่าที่จะสร้างฮาร์ดแวร์ใหม่ที่อยู่ร่วมกับแอปพลิเคชันที่มีอยู่และส่วนประกอบดั้งเดิมอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นเมื่อพวกเขาไปจาก 8-bits ถึง 16 ตอนนี้แต่ละคำสั่งสามารถย้าย 2 ไบต์แทน 1 ดังนั้นคุณจึงบันทึกวงจรนาฬิกาหนึ่งรอบได้เอง แต่ผลลัพธ์สุดท้ายก็เหมือนกัน อย่างไรก็ตามหากคุณไปจากสถาปัตยกรรม 8 ถึง 12 บิตคุณจะต้องแบ่งข้อมูลต้นฉบับออกเป็นครึ่งและจัดการที่อาจทำให้เกิดความรำคาญ นี่เป็นเพียงการคาดเดาฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญด้านฮาร์ดแวร์

ไบต์มีความหลากหลาย (อย่างน้อย) 1, 4, 6, 7, 8, 9, 12, 18, 20 และอาจเป็น 36 บิตขึ้นอยู่กับคอมพิวเตอร์ที่คุณกำลังดู ฉันกำลังใช้ "ไบต์" ที่นี่เพื่อหมายถึง "หน่วยความจำที่อยู่ได้น้อยที่สุด" แทนที่จะใช้การตีความข้อความเป็นศูนย์กลาง (ตัวอย่างเช่น Saturn CPU ซึ่งเป็น CPU 64 บิตที่ใช้ในบรรทัดเครื่องคิดเลข HP48SX / GX ยอดนิยมระบุหน่วยความจำในหน่วย nibbles - 4 บิต)

ไบต์ 20 บิตนั้นพบได้บ่อยมากใน "เครื่อง IAS" ในยุค 50 6, 12, 18 (และอาจ 36) ค่อนข้างได้รับความนิยมในสถาปัตยกรรมที่หลากหลายในยุค 60, 70 และในระดับ 80

ในท้ายที่สุดการมีการติดต่อที่ดีระหว่าง "พลังของ 2" และ "บิตในหน่วยที่กำหนดแอดเดรสได้" ดูเหมือนจะชนะแล้ว

ความกระจ่างเล็กน้อยแรก: Octets (หน่วย 8 บิต) ไม่ใช่หน่วยพื้นฐานในสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ อย่างน้อยก็ไม่ได้พื้นฐานอะไรมากกว่าพลังอื่น ๆ ของสอง - 2, 4, 16, 32, 64, 128 และอื่น ๆ Octets เป็นหน่วยพื้นฐานสำหรับโปรเซสเซอร์ 8 บิต (ดังนั้นชื่อ!) แต่สถาปัตยกรรมสมัยใหม่มักจะทำงานกับบิตที่ใหญ่กว่า - ชุดภายใน เช่น x86_64 มีการลงทะเบียนจำนวนเต็ม 64 บิตและการลงทะเบียนจุดลอยตัว 80 บิต RAM อ่านและเขียนเป็นชิ้น 64 บิตและตัวประมวลผลใช้เวทมนตร์เพียงเล็กน้อยเพื่อทำให้ดูเหมือนว่าคุณสามารถระบุไบต์ 8 บิตได้

สำหรับสถาปัตยกรรมเก่า ๆ "ไบต์" ระบุขนาดของดาต้าบัสและในขณะที่สถานะคำถามดั้งเดิมมีขนาดบัสที่แตกต่างกันจำนวนมาก (4, 5, 6, 8, 12 ฯลฯ ) แต่ตั้งแต่ 1993 ไบต์ได้ถูกกำหนดเป็น 8 บิตเพื่อให้มีหน่วย SI ที่เป็นมาตรฐานสำหรับขนาดข้อมูล ดังนั้นความหมายของ "ไบต์" จึงเปลี่ยนจากการเป็นหน่วยที่ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมเป็นหน่วยมาตรฐานสถาปัตยกรรมอิสระ

ดังนั้นวันนี้ไบต์เป็นหน่วยมาตรฐานสำหรับการระบุที่อยู่และการหาปริมาณข้อมูล แต่ไม่ได้เป็นพื้นฐานอย่างอื่น

หน่วย Octets กลายเป็นมาตรฐาน de-facto สำหรับการจัดเก็บเป็นหลักเนื่องจากความกังวลเกี่ยวกับการจัดเก็บข้อความ สำหรับการจัดเก็บข้อความคุณต้องการหนึ่งไบต์ในการจัดเก็บอักขระหนึ่งตัว ปัจจัยสองประการมีความสำคัญ:

• การมีหน่วยที่เป็นกำลังสอง (2, 4, 8, 16, 32 ฯลฯ ) จะสะดวกกว่าเมื่อออกแบบระบบดิจิตอล
• 8-bit เพียงพอที่จะเก็บอักขระหนึ่งตัวในชุดอักขระ ASCII (พร้อมที่ว่างสำหรับการขยายชุดอักขระเพื่อรองรับ Cyrillic)

แน่นอนว่า 8 บิตไม่เพียงพอที่จะรองรับสคริปต์ทั้งหมด - บางอย่างเช่นญี่ปุ่นต้องการอย่างน้อย 16 บิต (และสำหรับสิ่งที่คุ้มค่า Unicode คือ 21 บิต) แต่ ณ จุดนั้นบิตเวลามีราคาแพงและข้อความดิจิทัลส่วนใหญ่อยู่ใน ช่วง ASCII อยู่ดี

ทุกวันนี้ข้อความมักถูกเก็บไว้ในการเข้ารหัสความกว้างของตัวแปรเช่น UTF-8 และด้วยสิ่งต่าง ๆ เช่น Unicode ที่รวมอักขระเข้าด้วยกัน "หนึ่งไบต์เท่ากับอักขระหนึ่งตัว" ได้กลายเป็นอดีตไปแล้ว byte วันนี้เป็นเพียงมาตรฐานสำหรับเหตุผลทางประวัติศาสตร์

ตามข้อมูลของฉันคำว่าไบต์นั้นมาจากวลีที่แปดซึ่งเป็นแปด (8) บิตคำ ความสะดวกสบายที่เราพบใน 8 บิตคำคือการแปลงเป็นค่าเลขฐานสิบหกเนื่องจากค่า 00000000 = 00 & 11111111 = FF (Dec 255 สำหรับ unsigned และ -127 สำหรับการลงชื่อ) มันง่ายต่อการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ทั้งหมดในโครงสร้างดังกล่าวรวมถึง bit-wise การดำเนินงาน

ฉันเห็นจำนวนไบต์ (8 บิตคำ) เป็นวิวัฒนาการตามธรรมชาติของขนาดคำจากขนาดเล็กหายนะ 3 บิตจนถึงขนาดใหญ่ 60 คำ

ไบต์ไม่จำเป็นต้องเป็น 8 บิตแต่ปรากฏว่า C และ C ++ กำหนดไบต์เป็นอย่างน้อย 8 บิต (แม้ว่ามันอาจจะมากกว่า) นี้คำถามเกี่ยวกับกองมากเกินกล่าวถึงไม่กี่ระบบที่ 1 ไบต์ไม่ได้เป็น 8 บิต