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8-Bit-Architektur

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Intel 8031-kompatibler
8-Bit-Mikrocontroller

Unter8-Bit-Architektur versteht man in derEDV eineProzessorarchitektur, deren wesentlicheVerarbeitungsbreiteBit beträgt.Prozessoren, die eine 8-Bit-Architektur verwenden, werden häufig auch als „8-Bit-Prozessoren“ bezeichnet.

Vereinfacht dargestellt bedeutet 8 Bit, dass die Prozessoren durch ihr Design so ausgelegt sind, dass 8 Bit (also 1 Byte) gleichzeitig bzw. während eines Taktes verarbeitet werden können (Wortbreite).Register undAdressbus sind dabei oft 16 Bit breit, der Speicherbereich wird teilweise durchMemory-Mapping noch erweitert.

8-Bit-Prozessoren werden auch heute noch am häufigsten von allen Prozessoren eingesetzt, jedoch nicht alsHauptprozessoren in Computern, sondern primär in Formeingebetteter Systeme alsMikrocontroller. Tatsächlich enthält ein modernes Computersystem eine ganze Anzahl von 8-Bit-Prozessoren, z. B. in der Maus und Tastatur, auf demMotherboard und in den Monitoren. Der Großteil derUSB-Geräte basiert ebenfalls auf 8-Bit-Prozessoren.

Eigenschaften

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8-Bit-Prozessoren haben folgende Eigenschaften:

  • 8-Bit-Datenbus (findet man allerdings auch bei abgespeckten16-Bit-Architekturen wie dem8088 und dem68008)
  • meist 16-Bit-Adressbus (der 8008 hatte aber nur 14 Bit, weiterhin gibt es 16-Bit-CPUs mit nur 16-Bit-Adressbus, wie z. B. der Z8000)
  • 8-Bit-Register, die häufig zu 16-Bit-Adressregistern kombinierbar sind (allerdings gibt es häufig Beschränkungen beim Wechsel vonSpeicherseiten)
  • interne 4-Bit- oder 8-Bit-ALU (derZ80 z. B. hatte eine fixe 4-Bit-ALU)
  • häufig einzelne, aber keine durchgängigen 16-Bit-Operationen verfügbar (Z80 unterstützt ein paar 16-Bit-Operationen, wie ADD/ADC/SBC und INC/DEC)
  • meist keine Hardware-Ganzzahl-Multiplikation und -Division (aber häufig bei späteren Mikrocontrollern erweitert)
  • keineGleitkomma-Unterstützung (der Anschluss von Gleitkomma-Coprozessoren kam meist mit dem Übergang zu 16-Bit-Architekturen)
  • keine Trennung zwischen User- und Betriebssystem-Modus
  • vergleichsweise schlechte Unterstützung vonHochsprachen-Compilern, teilweise Größe desStacks begrenzt.

Dagegen sind für 16-Bit-Architekturen folgende Änderungen typisch, die allerdings nicht alle vorhanden sein müssen:

  • 16-Bit-Datenbus (aber auch 8-Bit-Datenbus bei abgespeckten Typen)
  • Adressbusse mit 16 Bit bis 24 Bit
  • 16-Bit- oder teilweise 32-Bit-Register, die häufig geteilt werden können.
  • intern 16-Bit-ALU
  • durchgängige 16-Bit-Operationen verfügbar
  • Hardware-Ganzzahl-Multiplikation und -Division
  • Gleitkomma-Unterstützung oder Coprozessor-Interface zur Gleitkomma-Unterstützung
  • Trennung zwischen User- und Betriebssystem-Modus (nicht immer verfügbar, teilweiseMMU-Bausteine erforderlich)
  • gute Unterstützung von Hochsprachen-Compilern, flexible Größe des Stacks.

Bekannte Prozessoren

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Bekannte Prozessoren mit 8-Bit-Architektur sind folgende Prozessor- oderMikrocontroller-Architekturen:

sowie diverse weitere Designs.

Prozessoren aus derMCS-51-Serie werden von vielen verschiedenen Herstellern in sehr vielen Variationen produziert, stehen mengenmäßig im Markt aber deutlich hinter denPIC-Prozessoren von Microchip und denMotorola-6800-Derivaten wie den68HC05 und68HC08 vonFreescale zurück, die jeweils mehr als ein Viertel des Marktes ausmachen.

Prozessorarchitekturen
nachWortbreite

1-Bit-Architektur •Bit-Slice-Architektur •4-Bit-Architektur •8-Bit-Architektur •16-Bit-Architektur •32-Bit-Architektur •64-Bit-Architektur

nachBefehlssatzaufbau

CISC •EPIC •NISC •RISC •VLIW •Mikroarchitektur

mit Optimierung für Einsatzzweck

(Haupt-)Prozessor •Grafikprozessor •GPGPU •Streamprozessor •Soundprozessor •Gleitkommaeinheit •Netzwerkprozessor •Physikbeschleuniger •Vektorprozessor •TensorFlow Processing Unit

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