Paraula (informàtica)

En el context de l'informàtica, una paraula és una cadena finita de bits que són manejats com un conjunt per la màquina. El tamany o llongitut d'una paraula fa referència al número de bits continguts en ella, i és un aspecte molt important al moment de dissenyar una arquitectura d'ordenadors.

El tamany d'una paraula es reflectix en molts aspectes de l'estructura i les operacions de les computadores. La majoria dels registres en un ordenador normalment tenen el tamany de la paraula. El valor numèric típic manipulat per un ordenador és provablement el tamany de paraula. La cantitat de senyes transferides entre la CPU de l'ordenador i el sistema de memòria a sovint és més d'una paraula. Una direcció utilisada per a designar una localisació de memòria a sovint ocupa una paraula.

Els ordenadors moderns normalment tenen un tamany de paraula de 16, 32 o 64 bits. Molts atres tamanys s'han utilisat en el passat, com 8, 9, 12, 18, 24, 36, 39, 40, 48 i 60 bits. El slab és un dels eixemples d'un dels primers tamanys de paraula. Alguns dels primers ordenadors eren decimals en lloc de binarios, típicament tenint un tamany de paraula de 10 o 12 dígits decimals i alguns dels primers ordenadors no tenien una llongitut de paraula fixa.

Algunes voltes, el tamany d'una paraula es definix per a tindre un valor particular per compatibilitat en els ordenadors anteriors. Els microprocessadors utilisats en ordenadors personals (per eixemple, els Intel Pentium i els AMD Athlon) són un eixemple d'açò. La seua arquitectura IA-32 és una extensió del disseny original del Intel 8086 que tenia un tamany de paraula de 16 bits. Els processadors IA-32 seguixen soportant programes del 8086 (x86), aixina que el significat de "word" en el context IA-32 seguix sent el mateix i es contínua dient que són 16 bits, a pesar del fet de que en l'actualitat pot (i especialment quan el tamany de l'operant per defecte és 32-bit) opera més com una màquina en un tamany de paraula de 32 bits. Similarment en la nova arquitectura x86-64, una "paraula" seguix sent 16 bits, encara que els operants de 64-bit ("cuádruple paraula") siguen més comuns.

Depenent de cóm s'organisa un ordenador, les unitats de tamany de paraula es poden utilisar para:

• Número entero: Els contenidors de valors numèrics sancers poden estar disponibles en varis tamanys diferents, pero un dels tamanys disponibles casi sempre serà la paraula. Els atres tamanys, solen ser múltiples o fraccions del tamany de paraula. Els tamanys més menuts normalment s'utilisen solament per eficiència en l'utilisació de memòria, quan es carreguen en el processador, els seus valors normalment són majors, contenidors de tamany paraula.

• Números en menge flotant: Els contenidors per a valors numèrics en menge flotant són típicament una paraula o un múltiple d'una paraula.

• Direccions: Els contenidors per a direccions de memòria tenen que ser capaces d'expressar el ranc necessari de valors, pero no excessivament grans. A sovint el tamany utilisat és el de la paraula pero pot ser un múltiple o una fracció.

• Registres: Els registres són dissenyats en un tamany apropiat per al tipo de senya que almagasenen, p.ej. sancers, números en menge flotant o direccions. Moltes arquitectura de computadors utilisen registres de "propòsit general" que poden albergar varis tipos de senyes, estos registres es dimensionan per a permetre els més grans d'estos tipos i el tamany típic és el tamany de paraula de l'arquitectura.

• Transferència memòria-processador: Quan el processador llig del subsistema de memòria a un registre o escriu el valor d'un registre en memòria, la cantitat de senyes transferides és a sovint una paraula. En els subsistema de memòria simples, les paraules són transferides sobre el bus de senyes de memòria, que típicament té un ample d'una paraula o mija paraula. En els subsistema de memòria que utilisen caché, la transferència de tamany paraula es produïx entre el processador i la caché de nivell un, en els nivells més baixos de la jerarquia de memòria les grans transferències (en múltiples de la llongitut de paraula) són normalment utilisades.

• Resolució d'unitats de direcció: És una arquitectura donada, els successius valors de direccions designen successives unitats de memòria. En molts ordenadors, l'unitat pot ser un caràcter o una paraula (alguns han utilisat una resolució de bit). Si l'unitat és una paraula, llavors es pot accedir a una gran suma de memòria utilisant una direcció d'un tamany donat. Per una atra part, si l'unitat és un byte, es poden direccionar caràcters individuals (p.ej. seleccionats durant l'operació de memòria).

• Instruccions: Les instruccions màquina normalment són fraccions o múltiples de la llongitut de paraula de l'arquitectura. Esta és una elecció natural ya que les instruccions i les senyes normalment compartixen el mateix subsistema de memòria.

Elecció del tamany de paraula

Quan es dissenya una arquitectura de computadors, l'elecció de la llongitut de paraula és de substancial importància. Hi ha consideracions de disseny que promouen tamanys d'agrupacions de bits per a usos particulars (p.ej. direccions) i estes consideracions apunten a diferents tamanys per a diferents usos. No obstant, les consideracions d'economia en dissenys fortament aposten per un tamany o uns quants tamanys relacionats per múltiples o fraccions (submúltiplos) d'una llongitut primària. El tamany elegit es convertix en la llongitut de paraula de l'arquitectura.

El tamany de caràcter és una de les influències en l'elecció de la llongitut de paraula. Abans de mitan dels anys 1960, els caràcters s'almagasenaven a sovint en sis bits, açò permetia com a molt 64 caràcters, aixina que els alfabets es llimitaven a les mayúscules. Com és eficient en temps i espai que el tamany de paraula siga un múltiple del tamany de caràcter, les llongituts de paraula en este periodo siguen normalment múltiples de 6 bits (en màquines binarias). Una elecció comuna varen ser les paraules de 32 bits, que és també un bon tamany per a les propietats numèriques d'un format en menge flotant.

Despuix de l'introducció del IBM S/360, disseny que utilisava caràcters de 8 bits i soportava lletres minúscules, el tamany estàndar d'un caràcter (o més correctament, un byte) es va convertir en huit bits. Els tamanys de paraula a partir de llavors varen anar naturalment múltiples de huit bits, en 16, 32 i 64 bits sent utilisats comunament.

En arquitectura d'ordenadors, 16 bits és un adjectiu usat per a descriure sancers, direccionar de memòria o atres unitats de senyes que comprenen fins a 16 bits d'ample, o per a referir-se a una arquitectura de CPU i ALU basades en registres, bus de direccions o bus de senyes d'eixe ample.

Arquitectura de paraula variable

Els primers dissenys de màquines inclou alguns que utilisaven lo que a sovint es dia una llongitut de paraula variable. En este tipo d'organisació, un operant numèric no té llongitut fixa sino que es detecta quan termina en un caràcter especial, com les màquines utilisaven el BDC per a números. Eixemples d'esta classe de màquines són l'IBM 702, l'IBM 705, l'IBM 7080, l'IBM 7010, l'UNIVAC 1050, l'IBM 1401 i l'IBM 1620.

Moltes d'estes màquines treballen en una unitat de memòria al mateix temps i com cada instrucció de senyes té una llongitut de vàries unitats, cada instrucció tarda varis cicles solament en accedir a memòria. Per esta raó, estes màquines a voltes són tan llentes. Per eixemple, les instruccions d'un IBM 1620 Model I tarden 8 cicles només per a llegir 12 dígits de l'instrucció (el Model II ho va reduir a 6 cicles, pero reduïa els temps a 4 cicles si abdós camps de direccions no es necessitaven en l'instrucció).

Les potències de 2

Els valors de senyes poden ocupar diferents tamanys de memòria, perque, per eixemple, alguns números necessiten ser capaços de tindre més precisió que uns atres. Els tamanys comunament utilisats normalment s'elegixen per a ser múltiples de potències de 2 de l'unitat de resolució direccionar (byte o paraula). Açò és convenient perque convertint l'índex d'un element d'un array en la direcció de l'element només requerix una operació de desplaçament (que és només una pista conductora en hardware) en lloc d'una multiplicació. En alguns casos esta relació pot també evitar l'utilisació d'operacions de divisió. Com a resultat, molts dissenys de computadors moderns tenen tamanys de paraula (i atres tamanys d'operants) que són una potència de 2 voltes el tamany d'un byte.

Famílies de tamanys

Segons els dissenys de computadors s'han fet més complexos, l'importància central d'un tamany de paraula simple en una arquitectura ha decreixcut. Encara que gran part de l'hardware pot utilisar una àmplia varietat de tamanys de senyes, les forces del mercat eixercixen pressió per a mantindre la compatibilitat mentres s'estenen les capacitats dels processadors. Com a resultat, lo que té que haver segut el tamany de paraula central en un disseny recent té que coexistir com un tamany alternatiu a la llongitut de paraula original en un disseny de compatibilitat cap a arrere. La llongitut de paraula original permaneix estant disponible en dissenys futurs, formant les bases d'un tamany de família.

Un gran eixemple d'açò es pot vore en els dissenys x86. L'arquitectura del 8086 original clarament utilisava un tamany de paraula de 16 bits. El significantement realçat disseny del 80386 afegitó al 8086 és base d'una organisació que està basada en unitats de 32 bits. Si fora un disseny lliure, hauria tingut un tamany de paraula de 32 bits, pero com a extensió del 8086, el seu tamany de paraula va continuar sent considerat com 16 bits. Com a resultat, es diu que el 80386 i els seus successors són de "32-bit", pero normalment no tenen una paraula de 32 bits. Esta mateixa situació ha tornat a ocórrer recentment en la mateixa llínea, com les extensions d'arquitectura AMD64 fent que predomine el tamany de 64 bits sense descartar el soport per a 16 i 32 bits.

Es pot vore que una arquitectura de computadors actual està basada en una família de tamanys relacionats estretament més que en un tamany de paraula simple omnipresent. Els tamanys estan íntimament relacionats uns en uns atres per mig de factors sancers, normalment potències de dos. Denominar a un d'ells llongitut de paraula de l'arquitectura pot ser alguna cosa arbitrari i la llongitut pot ser designada per l'història de l'evolució de l'arquitectura més que les propietats del tamany pròpiament dit en un disseny recent.