Машинное слово

Для термина «слово» см. также другие значения.

Машинное слово — машинно-зависимая и платформозависимая величина, измеряемая в битах или байтах (тритах или трайтах), равная разрядности регистров процессора и/или разрядности шины данных (обычно некоторая степень двойки).

Занесение информации в память, а также извлечение её из памяти производится по адресам. Это свойство памяти называется адресуемостью.

В ранних ЭВМ размер слова совпадал с минимальным размером адресуемой информации (разрядностью данных, расположенных по одному адресу); в современных машинах минимальным адресуемым блоком информации называется байт, а слово состоит из нескольких байтов. Машинное слово определяет следующие характеристики аппаратной платформы:

• разрядность данных, обрабатываемых процессором;
• разрядность адресуемых данных (разрядность шины данных);
• максимальное значение беззнакового целого типа, напрямую поддерживаемого процессором: если результат арифметической операции превосходит это значение, то происходит переполнение;
• максимальный объём оперативной памяти, напрямую адресуемой процессором.

История

На ранних компьютерах встречалась самая разная длина слова. В те времена компьютеры делились на бизнес-ориентированные и научные. В бизнес-ориентированных компьютерах, занимавшихся экономическими и бухгалтерскими расчётами, не требовалась высокая точность вычислений, так как суммы всегда округлялись лишь до двух знаков после запятой. В научных же вычислениях наиболее часто проводятся операции с вещественными числами и точность вычислений (количество знаков после запятой) очень важна. Так как модули памяти для ранних компьютеров стоили дорого, выбор размера слова напрямую отражался как на точности вычислений, которые мог выполнять компьютер, так и на его стоимости. 48-Битное слово в научных компьютерах пользовалось большой популярностью, потому что 32-битное слово позволяло выразить вещественные числа с 6-7 знаками после запятой, что было недостаточно из-за накопления ошибки округления при больших расчётах, а 64-битное слово с 15-16 знаками после запятой выходило далеко за рамки требований к точности. 48-Битное слово позволяло выразить вещественное число с 10 знаками после запятой (считалось приемлемым для научных вычислений того времени).

В 1950-х — 1960-х годах во многих компьютерах, производимых в США, длина слова была кратна 6 битам. Тогда использовалась шестибитная кодировка. Для представления всех цифр и букв английского алфавита достаточно было 6 бит: $2^{6}=64$ возможных комбинации позволяли закодировать 32 буквы (в верхнем регистре), 10 цифр и некоторые символы пунктуации.

Требования к точности научных вычислений возросли, и в 1974 году появилась первая машина с 64-битным словом — суперкомпьютер Cray-1.

В подавляющем большинстве современных компьютеров длина слова является степенью двойки; при этом используются 8-битные символы.

На ранних компьютерах слово было минимально адресуемой ячейкой памяти; сейчас минимально адресуемой ячейкой памяти является байт, а слово состоит из нескольких байтов. Это приводит к неоднозначному толкованию размера слова. Например, на процессорах 8086 и их потомках «словом» традиционно называют 16 бит (2 байта), хотя эти процессоры могут одновременно обрабатывать и более крупные блоки данных.

Слова длиной n битов принимают численные (беззнаковые) значения от 0 до $2^{n}-1$ включительно.

Размер машинного слова на различных архитектурах

Год	Архитектура	Размер слова (w) в битах	Размер целого	Размер чисел с плавающей запятой	Размер инструкции
1952	IBM 701	36	½w, w	—	½w
1954	IBM 704	36	w	w	w
1960	PDP-1	18	w	—	w
1960	CDC 1604	48	w	w	½w
1964	CDC 6600	60	w	w	¼w, ½w, w
1965	IBM 360	32	½w, w, 1d … 31d	w, 2w	½w, w, 1½w
1965	PDP-8	12	w	—	w
1968	БЭСМ-6	48	w	w, 2w	½w
1970	IBM 370	32	½w, w, 1d … 31d	w, 2w, 4w	½w, w, 1½w
1970	PDP-11	16	½w, w	2w, 4w	w, 2w, 3w
1971	Intel 4004	4	w, d	—	2w, 4w
1972	Intel 8008	8	w, 2d	—	w, 2w, 3w
1974	Intel 8080	8	w, 2w, 2d	—	w, 2w, 3w
1975	Cray-1	64	24 b, w	w	¼w, ½w
1975	MOS Tech. 6501 MOS Tech. 6502	8	w, 2d	—	w, 2w, 3w
1976	Zilog Z80	8	w, 2w, 2d	—	w, 2w, 3w, 4w
1978 (1980)	Intel 8086 (w/Intel 8087)	16	½w, w, 2d (w, 2w, 4w)	— (2w, 4w, 5w, 17d)	½w, w, … 7w
1978	VAX-11/780	32	¼w, ½w, w, 1d, … 31d, 1b, … 32b	w, 2w	¼w, … 14¼w
1979	Motorola 68000	32	¼w, ½w, w, 2d	—	½w, w, … 7½w
1982 (1983)	Motorola 68020 (w/Motorola 68881)	32	¼w, ½w, w, 2d	— (w, 2w, 2½w)	½w, w, … 7½w
1985	ARM1	32	w	—	w
1985	MIPS32	32	¼w, ½w, w	w, 2w	w
1989	Intel 80486	16 (32)*	½w, w, 2w, 2d w, 2w, 4w	2w, 4w, 5w, 17d	½w, w, … 7w
1989	Motorola 68040	32	¼w, ½w, w, 2d	w, 2w, 2½w	½w, w, … 7½w
1991	MIPS64	64	¼w, ½w, w	w, 2w	w
1991	PowerPC	32	¼w, ½w, w	w, 2w	w
1992	SPARC v8	32	¼w, ½w, w	w, 2w	w
1994	SPARC v9	64	¼w, ½w, w	w, 2w	w
2001	Itanium (IA-64)	64	8 b, ¼w, ½w, w	½w, w	41 b
2002	XScale	32	w	w, 2w	½w, w
2003	x86-64	64	8b, ¼w, ½w, w	½w, w, 1¼w, 17d	8 b

Обозначения:

• b — бит (двоичная цифра);
• d — децит (десятичная цифра);
• w — размер машинного слова;
• n — переменное значение.

* Для 32-битных процессоров архитектуры x86: исторически машинным словом считается 16 бит, реально — 32 бита.

См. также

• Порядок байтов
• Регистр процессора
• Единицы измерения информации

Ссылки

• Real Machines with 24-bit and 48-bit words сравнение различных компьютеров с 48-и разрядным словом
• Real Machines with 16, 32, and 30-bit words сравнение различных компьютеров с 16-, 32- и 30-и разрядным словом