Машинное слово

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). На ранних компьютерах размер слова совпадал также с минимальным размером адресуемой информации (разрядностью данных, расположенных по одному адресу); на современных компьютерах минимальным адресуемым блоком информации обычно является 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.

Размер машинного слова на различных архитектурах

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 расчетами, 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 с большим количеством знаков после запятой очень важна. Так как модули памяти в ранних компьютерах стоили дорого, выбор размера слова напрямую отражался как на точности вычислений, которые мог выдавать компьютер, так и на его стоимости. 48-битное слово пользовалось большой популярностью, потому что 32-битное слово позволяло выразить вещественные числа с 6-7-ю знаками после запятой, что было недостаточно из-за накопления ошибки округления при больших расчетах, 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-ю знаками после запятой, в самый раз для уровня научных вычислений того времени.

В 1950-х — 1960-х годах во многих компьютерах, производимых в США, длина слова была кратна шести битам, поскольку там использовалась шестибитная кодировка, и, таким образом, в машинном слове умещалось целое число символов.

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 80386 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.

Год	Архитектура	Размер слова (w), битов	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
2000	Itanium (IA-64)	64	8 b, ¼w, ½w, w	½w, w	41 b
2002	XScale	32	w	w, 2w	½w, w

Обозначения: b — бит (двоичная цифра), d — децит (десятичная цифра), w — размер машинного слова, n — переменное значение.

* Для 32-битных процессоров 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