computación de 4 bits

La computación de 4 bits consiste en el uso de arquitecturas informáticas en las que los números enteros y otras unidades de datos tienen un tamaño de 4 bits . Las arquitecturas de unidad central de procesamiento (CPU) y unidad aritmético-lógica (ALU) de 4 bits se basan en registros o buses de datos de ese tamaño. Un grupo de cuatro bits también se denomina nibble y tiene 2⁴ ⁼ 16 valores posibles, con un rango de 0 a 15.

La computación de 4 bits está en gran medida obsoleta, es decir, las CPU que admiten 4 bits como tamaño máximo o un bus de datos de 4 bits ya no están disponibles, pero los microcontroladores de 4 bits, como el EM Microelectronic EM6580, todavía están disponibles a partir de 2026.. ^{[ 1 ]}

Los procesadores de 4 bits se usaban ampliamente en calculadoras electrónicas y otros dispositivos que empleaban operaciones con números decimales, como cajas registradoras electrónicas , temporizadores de hornos microondas , etc. Esto se debe a que un valor de 4 bits contiene un solo dígito en código binario decimal (BCD), lo que lo convierte en un tamaño ideal para procesar directamente valores decimales. Dado que un valor de 4 bits suele ser demasiado pequeño para almacenar una dirección de memoria para programas o datos reales, el bus de direcciones de estos sistemas generalmente era mayor. Por ejemplo, el microprocesador de 4 bits por excelencia , el Intel 4004 , tenía un formato de dirección de 12 bits.

Los diseños de 4 bits se utilizaron solo durante un breve período, cuando los circuitos integrados aún eran costosos, y se empleaban principalmente en aplicaciones donde el costo era un factor crítico. Si bien la computación de 4 bits está prácticamente obsoleta, los valores de 4 bits todavía se utilizan en las mismas aplicaciones centradas en el sistema decimal para las que fueron desarrollados, y las implementaciones modernas suelen ser mucho más amplias y procesan múltiples valores de 4 bits en paralelo. Para la década de 1990, la mayoría de estos usos habían sido reemplazados por diseños binarios de propósito general.

Un procesador de 4 bits puede parecer limitado, pero es ideal para calculadoras, donde cada dígito decimal cabe en cuatro bits. ^{[ 2 ]}

Algunos de los primeros microprocesadores tenían una longitud de palabra de 4 bits y se desarrollaron alrededor de 1970. El primer microprocesador comercial fue el Intel 4004 , basado en el sistema de codificación binaria decimal (BCD) , ^{[ 3 ] [ 4 ]} desarrollado para aplicaciones de calculadoras en 1971; tenía una longitud de palabra de 4 bits, pero contaba con instrucciones de 8 bits y direcciones de 12 bits. Fue sucedido por el Intel 4040 , que incorporó soporte para interrupciones y diversas características nuevas.

El primer ordenador comercial de un solo chip fue el Texas Instruments TMS 1000 de 4 bits (1974). ^{[ 2 ]} Contenía una CPU de 4 bits con arquitectura Harvard e instrucciones de 8 bits, una ROM de instrucciones integrada y una RAM de datos integrada con palabras de 4 bits. ^{[ 5 ]}

El Rockwell PPS-4 fue otro de los primeros procesadores de 4 bits, presentado en 1972, que tuvo una larga vida útil en juegos portátiles y funciones similares. Fue mejorado progresivamente y, para 1975, se había combinado con varios chips de soporte para formar una computadora de un solo chip. ^{[ 6 ]}

Los procesadores de 4 bits se programaban en lenguaje ensamblador o Forth , por ejemplo, "Familia MARC4 de CPU Forth de 4 bits" ^{[ 7 ]} (que ahora está descontinuado) debido a la extrema restricción de tamaño en los programas y porque los lenguajes de programación comunes (para microcontroladores , de 8 bits y mayores), como el lenguaje de programación C , no admiten tipos de datos de 4 bits (C, C++ y otros lenguajes requieren que el tamaño del chartipo de datos sea de al menos 8 bits, ^{[ 8 ]} y que todos los tipos de datos que no sean campos de bits tengan un tamaño que sea un múltiplo del tamaño del carácter ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} ).

En la década de 1970 surgieron aplicaciones de software de 4 bits para el mercado masivo, como las calculadoras de bolsillo. Durante la década de 1980, se utilizaron microprocesadores de 4 bits en videojuegos portátiles para mantener bajos los costos.

En las décadas de 1970 y 1980, varios ordenadores de investigación y comerciales utilizaron la segmentación de bits , en la que la unidad aritmético-lógica (ALU) de la CPU se construía a partir de múltiples secciones de 4 bits de ancho, cada sección incluyendo un chip como un Am2901 o un 74181 .

El Zilog Z80 (descontinuado en 2024), aunque es un microprocesador de 8 bits, tiene una ALU de 4 bits. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Aunque Data General Nova es una serie de minicomputadoras de 16 bits, la Nova original y la Nova 1200 procesaban internamente números de 4 bits en 4 bits con una ALU de 4 bits, ^{[ 14 ]} a veces llamada "serie de nybble". ^{[ 15 ]}

Los procesadores HP Saturn , utilizados en muchas calculadoras Hewlett-Packard entre 1984 y 2003 (incluida la serie HP 48 de calculadoras científicas), son máquinas de "4 bits" (o híbridas de 64/4 bits). Combinan varias palabras de 4 bits, por ejemplo, para formar una dirección de memoria de 20 bits, y la mayoría de los registros tienen un ancho de 64 bits, almacenando 16 dígitos de 4 bits. Las operaciones se realizaban en serie de nibbles. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

Además, algunas calculadoras antiguas , como la Casio AL-1000 de 1967 , la Sinclair Executive de 1972 y la mencionada HP Saturn de 1984 , tenían rutas de datos de 4 bits que accedían a sus registros de 4 bits (un dígito BCD) a la vez. ^{[ 19 ]}  

Un ciclocomputador especifica que utiliza un "microordenador de 4 bits y 1 chip". ^{[ 20 ]} Otros usos típicos incluyen cafeteras , mandos a distancia por infrarrojos , ^{[ 21 ]} y alarmas de seguridad . ^{[ 22 ]}

El procesador de las máquinas de escribir Barbie que puede cifrar es un microcontrolador de 4 bits. ^{[ 23 ]}

Varios fabricantes utilizaron microcontroladores de 4 bits en sus primeros juegos electrónicos: ^{[ 24 ]}

• Los juguetes Funtronics Jacks, Red Light Green Light, Tag, Plus One y Dalla$ de Mattel .
• Milton Bradley, acorazado ligero y electrónico, 1982.
• Baloncesto Coleco Head to Head.
• Concurso Nacional de Semiconductores: Carrera Infantil.
• Entex Space Invader.
• Texas Instruments Mi pequeña computadora. ^{[ 25 ]}

Western Digital utilizó un microcontrolador de 4 bits como base para su reloj de hora del día WD2412. ^{[ 26 ]}

El ordenador Grundy Newbrain utiliza un microcontrolador de 4 bits para gestionar su teclado, la entrada/salida de cinta y su pantalla alfanumérica VF integrada de 16 caracteres . ^{[ 27 ]}

El Apple Lisa utiliza un microcontrolador de 4 bits para controlar el teclado, el ratón, el RTC y el interruptor de encendido/apagado. ^{[ 28 ]}

Con 4 bits, es posible crear 16 valores diferentes. Todos los números hexadecimales de un solo dígito se pueden escribir con cuatro bits.

El sistema binario codificado (BCD) es un método de codificación digital para números que utiliza la notación decimal, donde cada dígito decimal está representado por cuatro bits.

• Intel 4004 (primer microprocesador de 4 bits y ampliamente considerado como el primer microprocesador disponible comercialmente desde 1971, descontinuado en 1981)
• Intel 4040 (descatalogado en 1981)
• TMS 1000 (el primer microcontrolador comercial de gran volumen, de 1974, después del Intel 4004; actualmente descatalogado )
• Microsistemas Americanos S2000
• Núcleo Atmel MARC4 ^{[ 29 ] [ 30 ]} (descontinuado debido a la baja demanda. Última fecha de envío: 7 de marzo de 2015 ^{[ 31 ]} )
• Essex SX 200
• Microcontroladores Samsung S3C7 (serie KS57) de 4 bits (RAM: de 512 a 5264 nibbles,  reloj de 6 MHz)
• Serie Toshiba TLCS-47
• HP Saturn
• NEC μPD75X
• NEC μCOM-4
• Microcontroladores transmisores de control remoto infrarrojo NEC (ahora Renesas ) μPD612xA (descontinuado), μPD613x, μPD6x ^{[ 21 ] [ 32 ]} y μPD1724x ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}
• Familia EM Microelectronic-Marin EM6600, ^{[ 36 ]} EM6580, ^{[ 37 ] [ 38 ]} EM6682, ^{[ 39 ]} etc.
• Familia Epson S1C63
• Familias de microcontroladores de 4 bits "COPS I" y "COPS II" (" COP400 ") de National Semiconductor ^{[ 40 ]}
• National Semiconductor MAPS MM570X
• Rockwell PPS-4
• Sharp SM590/SM591/SM595 ^{[ 41 ] : 26–34}
• Sharp SM550/SM551/SM552 ^{[ 41 ] : 36–48}
• Sharp SM578/SM579 ^{[ 41 ] : 49–64}
• Sharp SM5E4 ^{[ 41 ] : 65–74}
• Sharp LU5E4POP ^{[ 41 ] : 75–82}
• Sharp SM5J5/SM5J6 ^{[ 41 ] : 83–99}
• Sharp SM530 ^{[ 41 ] : 100–109}
• Sharp SM531 ^{[ 41 ] : 110–118}
• Sharp SM500 ^{[ 41 ] : 119–127} (ROM 1197×8 bits, RAM 40×4 bits, un divisor y circuito controlador de LCD de 56 segmentos)
• Sharp SM5K1 ^{[ 41 ] : 128–140}
• Sharp SM4A ^{[ 41 ] : 141–148}
• Sharp SM510 ^{[ 41 ] : 149–158} (ROM 2772×8 bits, RAM 128×4 bits, un divisor y circuito controlador de LCD de 132 segmentos)
• Sharp SM511/SM512 ^{[ 41 ] : 159–171} (ROM 4032×8 bits, RAM 128/142×4 bits, un divisor y circuito controlador de LCD de 136/200 segmentos)
• Sharp SM563 ^{[ 41 ] : 172–186}

• GMC-4
• Controlador LCD Hitachi HD44780
• Bus/interfaz LPC (de bajo número de pines) de Intel para comunicación de 4 bits.
  • Su sucesora para los ordenadores modernos, la interfaz periférica serie mejorada (eSPI) de Intel , permite la comunicación de 1 bit, 2 bits y 4 bits.

• CPU Saturno
• Productos: Microcontroladores de 4 bits de alto rendimiento (familia S1C63) . Epson . Archivado del original el 29 de julio de 2013.
• Consideraciones para el procesamiento de 4 bits