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8비트

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목차

1. 개요

8비트는 컴퓨터에서 데이터를 처리하는 방식을 나타내는 용어이다. 8비트 마이크로프로세서는 1970년대에 등장하여 개인용 컴퓨터의 보급에 기여했으며, 인텔 8008, 자일로그 Z80, MOS 6502 등이 대표적이다. 8비트 CPU는 8비트 데이터 버스와 16비트 주소 버스를 사용하여 64KB의 주소 공간을 가지며, 8비트 레지스터는 0~255 또는 -128~127 범위의 값을 저장할 수 있다. 8비트 CPU는 8비트 컴퓨터 및 게임 콘솔에 널리 사용되었으며, 현재도 임베디드 시스템 등에 활용된다.

2. 역사적 배경

8비트 마이크로프로세서는 컴퓨팅 산업에서 최초로 널리 사용된 마이크로프로세서로, 메인프레임 및 미니컴퓨터에서 더 작고 저렴한 시스템으로의 주요 전환을 나타냈다. 1970년대 8비트 프로세서의 도입은 개인용 컴퓨터 생산을 가능하게 했으며, 컴퓨팅의 대중화를 이끌고 현대 컴퓨팅 환경의 기반을 마련했다.

1976년 자일로그 Z80은 가장 인기 있는 8비트 CPU 중 하나였지만(최소한 초기에는 4비트 ALU를 사용) 2024년에 단종되었다(Z84C00 제품 라인). 2024년 6월 14일까지 마지막 구매(LTB) 주문을 받았다.[2]

1970년대 초, 1971년에 출시된 인텔 4004를 시작으로 4비트 마이크로프로세서가 개발되었다. 그러나 인텔은 이듬해인 1972년에 8비트 프로세서인 인텔 8008을 출시했다. 이 때문에 인텔의 경쟁사들은 대부분 8비트 프로세서부터 개발을 시작했다. 성능과 메모리의 한계로 인해 4비트 프로세서는 까다로운 용도에는 적합하지 않아 도태되는 결과를 낳았다. 현재에도 4비트 프로세서는 리모컨, 마우스, 키보드 등의 제어용으로 공급되고 있다.

3. 주요 특징

8비트 레지스터는 28 (256)가지 값을 가질 수 있다. 8비트에 저장할 수 있는 정수 값의 범위는 사용된 정수 표현에 따라 다르다. 가장 일반적인 두 가지 표현 방식에서, 부호 없음 이진수로 표현될 경우 범위는 0부터 255까지이고, 2의 보수로 표현될 경우 -128부터 127까지이다.

8비트 CPU는 8비트 데이터 버스와 16비트 주소 버스를 사용하여, 단일 기계어 명령어로 8비트 데이터에 접근하고, 64KB (65,536 바이트)의 주소 공간을 가진다.

처음 널리 채택된 8비트 마이크로프로세서는 인텔 8080이며, 1970년대 후반과 1980년대 초반 취미용 개인용 컴퓨터에 많이 사용되었으며, CP/M 운영 체제가 동작했다. Z80 (8080과 호환)과 MC6800도 비슷한 PC에서 사용되었다. 8비트 CPU인 Z80과 6502는 1970년대부터 1980년대 PC(8비트 컴퓨터, 취미용 컴퓨터) 및 게임기에서 널리 사용되었다. 많은 8비트 CPU와 마이크로컨트롤러는 IoT (과거 유비쿼터스 컴퓨팅) 및 임베디드 시스템의 기반이 되고 있다.

CPU는 하나의 명령어로 조작할 수 있는 데이터에 따라 분류할 수 있는데, 16비트 프로세서가 하나의 명령어로 16비트 데이터를 조작할 수 있는 반면, 8비트 프로세서는 하나의 명령어로 8비트만 조작할 수 있다.

:''→ 8비트 마이크로프로세서도 참조.

3. 1. 예외적인 경우

8비트 CPU는 일반적으로 8비트 데이터 버스와 16비트 주소 버스를 가지며, 주소 공간은 64KiB로 제한되지만, 예외도 존재한다.

6502 CPU는 제로 페이지를 광범위하게 사용하여 해당 페이지에 접근하는 명령어에서 1바이트를 절약하고, 주소에 2바이트와 연산 코드에 1바이트를 사용하는 16비트 주소 지정 명령을 모두 사용할 수 있었다. 6502의 두 인덱스 레지스터는 8비트여서, 인덱스 주소 지정 명령을 사용해 주소를 지정하는 배열의 크기가 최대 256바이트 객체로 제한되었다. 모토로라 6800 및 인텔 8080과 같은 다른 8비트 CPU는 16비트 인덱스 레지스터를 가지고 있었다.

코모도어 64와 같은 일부 컴퓨터는 64KB RAM과 20KB ROM을 갖추고 있었는데, 16비트 주소 지정을 사용하면 기본적으로 ROM에 포함된 BASIC 언어 인터프리터 등에서 모든 RAM을 사용할 수 없었다.[3] ZX80처럼 1KB RAM (및 4KB ROM)을 가진 컴퓨터도 있었고, 아타리 2600은 128바이트 RAM (및 ROM 카트리지)만 가지고 있었다. 일부 시스템에서는 뱅크 스위칭을 활용하여 64KB (RAM) 제한을 극복하기도 했다. 코모도어 128 및 기타 8비트 시스템은 16비트 주소 지정을 통해 64KB 이상, 즉 128KB RAM을 사용할 수 있었고, BBC 마스터는 최대 512KB RAM으로 확장 가능했다.

4. 주요 8비트 CPU 목록

style="font-size: 105%;" | 초기 또는 인기 있는 8비트 프로세서 (불완전)
제조사프로세서연도비고
인텔80081972Datapoint 2200 호환
시그네틱스26501973
인텔808019748008 소스 호환
모토로라68001974
페어차일드F81975
MOS650219756800과 유사하지만 호환되지 않음
마이크로칩PIC1975하버드 아키텍처 마이크로컨트롤러
일렉트로닉 어레이스EA900219768비트 데이터, 12비트 어드레싱
RCA18021976
자일로그Z8019768080 바이너리 호환
인텔808519778080 바이너리 호환
자일로그Z81978하버드 아키텍처 마이크로컨트롤러
모토로라680919786800 소스 호환
인텔80511980하버드 아키텍처 마이크로컨트롤러
모토로라68008198232비트 레지스터, 20비트 또는 22비트 어드레싱, 3개의 16비트 ALU, 8비트 데이터 버스; 모토로라 68000 소프트웨어 호환, 6809 하드웨어 호환
MOS65101982코모도어 64에서 사용하기 위해 맞춤 제작된 향상된 6502
리코2A031982닌텐도 엔터테인먼트 시스템을 위한 BCD 명령어가 없는 6502 복제본
자일로그Z1801985Z80 바이너리 호환
모토로라68HC111985
허드슨HuC6280198765C02 바이너리 호환
앳멜AVR1996
자일로그eZ801999Z80 바이너리 호환
인피니언XC8002005
프리스케일68HC08
모토로라6803
NEC78K0[4]


5. 8비트 CPU를 사용한 컴퓨터

다음은 8비트 CPU를 사용한 주요 컴퓨터 목록이다.


  • 애플 2 시리즈 (6502 계열)
  • 애플 2 플러스
  • 애플 //e
  • 애플 //c
  • 대우
  • DPC-180 (MSX, Z80)
  • DPC-200 (MSX, Z80)
  • CPC-300 (MSX2, Z80)
  • CPC-400 (MSX2, Z80)
  • CPC-400s (MSX2, Z80, 수퍼임포즈, 디지타이저 기능)
  • 삼성
  • SPC-300 (싱클레어 호환, Z80)
  • SPC-600 (싱클레어 QL 호환, MC68008)
  • SPC-650 (싱클레어 QL 호환, MC68008)
  • SPC-800 (MSX, Z80)
  • SPC-1000 (Z80, 샤프의 MZ시리즈에서 따온 부분이 많지만 다른 기종이다.)
  • SPC-1000A (Z80, 오디오 기능)
  • SPC-1100 (Z80)
  • SPC-1500 (Z80, 삼성전자의 마지막 가정용 8비트 컴퓨터)
  • 금성 (현 LG전자)
  • FC-30 (싱클레어 호환, Z80)
  • FC-80 (MSX, Z80)
  • GFC-1080 (MSX, Z80, Pasocalc 내장)
  • FC-100 (Z80)
  • FC-150 (Z80, 일본 SORD사 제품 M5의 복제품)
  • FC-200 (MSX, Z80)

6. 교육 및 활용

8비트 프로세서는 컴퓨터 하드웨어에 대한 일반 교육뿐만 아니라 취미 활동을 위해서도 오늘날에도 계속 설계되고 있다. 이러한 CPU 중 하나는 7400 시리즈 집적 회로를 사용하여 브레드보드에서 설계 및 구현되었다.[5][6] 8비트 CPU와 해당 어셈블러를 설계하는 것은 공학 학생, 엔지니어 및 취미 활동을 하는 사람들에게 일반적인 훈련 과정이다. FPGA(Field-Programmable Gate Array, 필드 프로그래머블 게이트 어레이)가 이러한 목적으로 사용된다.

8비트 CPU는 일반적으로 8비트의 데이터 버스와 16비트의 주소 버스를 가지며, 주소 공간은 64KiB로 제한된다. 그러나 이것은 "자연 법칙"이 아니며 예외가 있다.

처음 널리 채택된 8비트 마이크로프로세서는 인텔 8080이며, 1970년대 후반과 1980년대 초반의 취미용 개인용 컴퓨터에 많이 사용되었으며, CP/M 운영 체제가 동작했다. Z80(8080과 호환성이 있었다)과 MC6800도 비슷한 PC에서 사용되었다. 8비트 CPU인 Z80과 MOS 6502는 1970년대부터 1980년대의 PC(8비트 컴퓨터, 취미용 컴퓨터) 및 게임기에서 널리 사용되었다. 많은 8비트 CPU와 마이크로컨트롤러는 오늘날의 IoT(과거의 유비쿼터스 컴퓨팅) 및 임베디드 시스템의 기반이 되고 있다.

참조

[1] 논문 Architecture of the IBM System/360 https://www.ece.ucda[...]
[2] 웹사이트 X80 Product line: Z84C00 https://www.mouser.c[...] 2024-04-15
[3] 웹사이트 Bank Switching - C64-Wiki https://www.c64-wiki[...] 2021-04-08
[4] 웹사이트 NEC 78K0 http://www.am.necel.[...] NEC 2009-02-10
[5] 웹사이트 This Guy Designed and Built an 8-bit CPU from Scratch https://www.vice.com[...] 2019-02-09
[6] Youtube Homebuilt 8-bit CPU + Computer with graphics and sound made from scratch using 74HC Logic https://www.youtube.[...]


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