بیت برش

برش قطعه‌ای

برش قطعه‌ای (به انگلیسی: Bit Slicing) یک تکنیک برای ساخت پردازنده‌ها با استفاده از مولفه‌هایِ کوچک‌تر است. هر کدام از این مولفه‌ها یک بیت زمینه یا یک برش از عملوند ( function )است. گروهی از مولفه‌های پردازشی می‌توانند تمام طول واژه‌ای که برای برنامه خاصی طراحی شده است را پردازش کنند.

جزئیات عملیاتی

برش بیتی معمولاً شامل قسمتی به نام واحد منطق محاسباتی (واحد محاسبه و منطق) است و دارای ۴٬۲٬۱ یا ۸ خط کنترلی است. این شامل سیگنال‌های داخلی کری یا سربار پردازنده‌های بدون برش بیتی است.

برای مثال دو تا تراشه چهاربیتی واحد کنترل می‌توانند در کنار هم یک واحد کنترل ۸ بیتی را ایجاد کنند. به همین صورت چهار تراشه چهار بیتی واحد منطق می‌تواند یک واحد ۱۶ بیتی و هشت تا تراشه چهار بیتی می‌تواند یک واحد ۳۲ بیتی را بسازند. طراح می‌تواند با استفاده از این برش‌ها واحدهای منطقی بزرگتری ایجاد کند.

یک توالی‌گر میکرو یا کنترل رام برای اجرای منطق به منظور فراهم کردن داده و کنترل سیگنال‌ها استفاده می‌شود تا عملکرد مؤلفه‌های واحد منطق و حساب را تنظیم کند. برای نمونه، یک مؤلفه توالی‌گر برش بیت در خانواده اینتل ۳۰۰۰ بار قابل دیدن است.

تاریخچه

برش بیتی در گذشته به این نام شناخته نمی‌شد. درگذشته از آی‌سی‌هایی با مقیاس بزرگ در کامپیوتر‌ها استفاده می‌شد. (پردازنده‌های امروزی آی‌سی‌هایی با مقیاس بسیار بزرگ دارند). نخستین بیت برش با نام EDSAC2 در دانشگاه کمبریج، آزمایشگاه ریاضیات در سال ۱۹۵۶ ساخته‌شد.

از اواسط دهه ۱۹۷۰ و اواخر دهه ۱۹۸۰ این مسئله وجود داشت که چه مقدار پهنای باند برای کامپیوترها برای ساخت توابع لازم است. فناوری تراشه‌های سیلیکون بسیار گران‌قیمت‌تر از امروز بود و استفاده چندتایی، ساده‌تر و ارزان‌تر واحدهای حساب و منطق باعث مقرون به صرفه‌تر شدن و افزایش قدرت محاسباتی شد. در حالی که معماری میکروپروسسور‌های ۳۲ بیتی در همین زمان مورد بحث بود.

مین فریم یونیوک ۱۱۰۰، دارای معماری ۳۶ بیتی بود. مدل ۱۱۰۰/۶۰ که در سال ۱۹۷۹ معرفی شد، از ۹ تراشه موتورولا ۱۰۸۰۰ چهار بیتی استفاده کرد تا پهنایی را که مدارات مجتمع مدرن نیاز داشتند، اجرا کند.

در آن زمان پردازنده‌های ۱۶ بیتی متداول اما گران‌قیمت بودند. پردازنده‌های ۸ بیتی مانند میکروپروسسور z80 به صورت گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

ترکیب مؤلفه‌ها برای تولید محصولات برش بیت، به مهندسان و دانشجویان اجازه داد تا بتوانند کامپیوترهای قدرتمندتر و پیچیده‌تری بسازند که هزینه معقولانه‌تری داشته باشد. با استفاده از مؤلفه‌های off-the-shelf توانستند که پیکربندی سفارشی را بسازند.

زمانی که به طور مداوم برش پلاسما پیشرفت می‌کرد، اولین دستگاه برش لیزری فلز برای استفاده در ایالات متحده و تورنتو در سال 1965 طراحی شد. پس از آن مقاله ای از طرف شرکت بوئینگ در سال 1969 در این رابطه منتشر شد.

ترکیب قطعات برای تولید برش بیت تکه محصولات مجاز مهندسان و دانشجویان برای ایجاد قدرتمندتر و پیچیده رایانه در بیشتر هزینه معقول با استفاده ای خارج از قفسه-قطعات بوده که می‌تواند سفارشی پیکربندی شده است. پیچیدگی ساخت معماری کامپیوتر‌های جدید به صورت چشم‌گیری کاهش پیدا کرد؛ زیرا جزئیات واحدهای حساب و منطق از قبل مشخص شده‌بود. مزیت اصلی برش بیت این بود که از لحاظ اقتصادی باعث شد که بتوان پردازنده‌های کوچک‌تری با استفاده از ترانزیستورهای دوقطبی ساخت؛ همچنین تغییرات بسیار سریع‌تری از ترانزیستورهای سیماس یا NMOS بود؛ و همچنین اجازه می‌داد تا جایی که سرعت نیازمند است نرخ کلاک را بالاتر برد.

استفاده امروزی

واژه برش بیت توسط متیو کوان (Matthew Kwan) ابداع شد؛ در این روش که از تکنیک‌های اهداف کلی واحد پردازش مرکزی (به انگلیسی:CPU) استفاده می‌کند تا بتواند چندین ماشین مجازی ساده موازی شده را اجرا کند. این کار به وسیله دستورهای منطقی کلی بر روی ماشین‌های مبتنی بر یک دستور چند داده انجام می‌گیرد، این تکنیک همچنین با نام SWAR شناخته می‌شود.