16비트

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 초기 16비트 컴퓨터 (1965~1970년경)
- 2.2. 16비트 마이크로프로세서 (1970년대)
3. 주요 16비트 프로세서
4. 16비트 응용 프로그램
5. 16비트 파일 형식
6. 16비트 프로세서 목록
참조

1. 개요

16비트는 16비트 정수를 사용하여 2¹⁶개의 값을 저장할 수 있는 컴퓨터 아키텍처를 의미한다. 16비트 컴퓨터는 1950년대에 처음 등장했으며, 1960년대와 1970년대에 미니컴퓨터와 마이크로프로세서에서 널리 사용되었다. 주요 16비트 프로세서로는 PDP-11, 인텔 8086, 인텔 80286 등이 있으며, 개인용 컴퓨터 운영 체제로는 MS-DOS, OS/2 1.x 등이 있다. 16비트 프로세서는 64 KiB의 메모리에 직접 접근할 수 있으며, 뱅크 전환이나 세그먼트 방식을 통해 메모리 확장을 시도하기도 했다. 16비트 응용 프로그램은 MS-DOS, OS/2 1.x 또는 초기 버전의 마이크로소프트 윈도우용 소프트웨어를 지칭하며, 16비트 파일 형식은 각 데이터 요소가 16비트인 바이너리 파일 형식으로, Windows Metafile, UTF-16 등이 있다. 현재는 개인용 컴퓨터 분야에서는 거의 사용되지 않지만, 많은 임베디드 시스템에서 활용되고 있다.

2. 역사

16비트 정수는 2¹⁶ (65,536) 종류의 값을 저장할 수 있다. 부호 없는 정수의 경우 0부터 65535까지, 2의 보수 표현에서는 -32768부터 32767까지의 값을 표현할 수 있다. 따라서 16비트 메모리 주소를 사용하는 프로세서는 64 KiB의 바이트 주소 메모리에 직접 접근할 수 있다(주소 공간이 64KiB).

인텔 8086, 인텔 80286, WDC 65C816, Zilog Z8000 등도 주목할 만한 16비트 프로세서이다. 인텔 8088은 인텔 8086과 이진 호환되며 레지스터와 산술 연산 명령어가 16비트 크기로 작동했지만, 외부 버스는 8비트였다.

16비트 프로세서 전성 시대에 개인용 컴퓨터에서 사용된 주요 운영 체제에는 IBM PC DOS, MS-DOS, OS/2 1.x 등이 있다. Microsoft Windows 1.0 - 3.x는 MS-DOS 위에서 동작하는 GUI 프런트엔드였으며, Windows 3.0까지는 운영 환경(operating environment)이라고 불렸다^[12]。Windows 3.1부터는 operating system이라는 명칭이 되었지만^[13], 3.1도 독립적인 운영 체제는 아니었다.

순수한 16비트 주소 공간에서는 당시에도 메모리가 부족하기 쉬워, 뱅크 전환이나 세그먼트 방식에 의해 16비트를 넘는 어드레싱을 가능하게 하는 시도가 이루어진 시스템이 많았다^[14]。하지만, 이는 소프트웨어의 복잡화나 시스템의 불안정화를 초래하는 요인이 되기도 했다. 광대한 메모리 공간을 안정적으로 확보하고 간결하게 이용할 수 있게 된 것은 본격적인 32비트 아키텍처가 등장한 이후의 일이다.

16비트 프로세서는 개인용 컴퓨터 분야에서는 거의 사용되지 않게 되었지만, 많은 임베디드 시스템에서는 사용되고 있다. 예를 들어, 16비트 XAP 프로세서가 많은 ASIC에서 사용되고 있다.

2. 1. 초기 16비트 컴퓨터 (1965~1970년경)

MIT의 Whirlwind(1951년경)^[1]^[2]는 아마도 최초의 16비트 컴퓨터였을 것이다. 당시 대부분의 시스템은 6비트 문자 코드를 사용했고, 워드 길이는 6비트의 배수였기 때문에 이는 특이한 경우였다. 이후 ASCII를 도입하려는 노력으로 7비트 코드를 사용하는 ASCII가 등장했고, 자연스럽게 1개의 ASCII 문자 또는 2개의 2진화 십진법 숫자를 저장할 수 있는 8비트의 배수를 사용하게 되었다.

1960년대에 16비트 워드 길이는 더 흔해졌으며, 특히 미니컴퓨터 시스템에서 많이 사용되었다. 초기 16비트 컴퓨터(1965~70년경)에는 IBM 1130,^[3] HP 2100,^[4] Data General Nova,^[5] DEC PDP-11가 있다.^[6]

2. 2. 16비트 마이크로프로세서 (1970년대)

MIT의 Whirlwind(1951년경)는 아마도 최초의 16비트 컴퓨터였을 것이다.^[1]^[2] 1960년대에 16비트 워드 길이는 특히 미니컴퓨터 시스템에서 더 흔해졌다. 초기 16비트 컴퓨터(1965~70년경)에는 IBM 1130,^[3] HP 2100,^[4] Data General Nova,^[5] 그리고 DEC PDP-11가 있다.^[6] 초기 16비트 마이크로프로세서는 종종 미니 플랫폼 중 하나를 모델로 하여 1970년대에 등장하기 시작했다.

1970년대 초(1973~76년경)의 16비트 마이크로프로세서 예시는 다음과 같다.

프로세서	제조사	출시년도	칩 개수
National Semiconductor IMP-16	내셔널 세미컨덕터	1973년	5개^[7]
μCOM-16	NEC	1974년	2개^[8]^[7]
Western Digital MCP-1600	웨스턴 디지털	1975년	3개^[7]
T-3412	도시바	1976년	5개^[7]

초기 단일 칩 16비트 마이크로프로세서(1975~76년경)에는 Panafacom MN1610 (1975년),^[9]^[10]^[7] National Semiconductor PACE (1975년), General Instrument CP1600 (1975년), Texas Instruments TMS9900 (1976년),^[7] Ferranti F100-L, 그리고 HP BPC가 있다.

3. 주요 16비트 프로세서

인텔 8086, 인텔 80286, WDC 65C816, PDP-11 등이 주요 16비트 프로세서로 꼽힌다.^[6] 인텔 8088은 인텔 8086과 프로그램 호환성을 가지며, 외부 버스는 8비트였지만 16비트 길이의 레지스터와 산술 명령어를 가지고 있었기 때문에 16비트 프로세서로 간주할 수 있다.

MC68000은 데이터 버스가 16비트 폭이었기 때문에 "16비트"라고 불리기도 한다. 그러나 범용 레지스터가 32비트이고, 많은 산술 명령이 32비트를 지원하며, 최대 16 MiB (24비트 주소)의 RAM을 지원한다는 점에서는 32비트 프로세서라고 할 수 있다. 따라서 68000의 소프트웨어는 원래 32비트이며, 32비트 프로세서로의 전방 호환성을 가지고 있다.

4. 16비트 응용 프로그램

IBM PC 호환 기종 및 Wintel 플랫폼에서 16비트 응용 프로그램은 원래 16비트 인텔 8088 및 인텔 80286 마이크로프로세서에서 실행되도록 작성된 MS-DOS, OS/2 1.x 또는 초기 버전의 마이크로소프트 윈도우용 소프트웨어를 말한다. 이러한 응용 프로그램은 16비트 주소만 사용하여 접근할 수 있는 범위를 넘어서는 주소 지정 가능한 메모리 위치의 범위를 확장하기 위해 20-비트 또는 24-비트 세그먼트 또는 선택자-오프셋 주소 표현을 사용했다. 따라서 2¹⁶ 바이트 (65,536 바이트) 이상의 명령과 데이터를 포함하는 프로그램은 64킬로바이트 세그먼트 간을 전환하기 위한 특수 명령이 필요했기 때문에 16비트 응용 프로그램 프로그래밍의 복잡성이 증가했다.^[14]

16비트 정수는 2¹⁶ (=65,536) 종류의 값을 저장할 수 있다. 부호 없는 표현에서는 0부터 65535까지의 정수값이 된다. 2의 보수 표현에서는 -32768부터 32767까지가 된다. 따라서 16비트 메모리 주소를 사용하는 프로세서는 64 KiB의 바이트 주소 메모리에 직접 접근할 수 있다(주소 공간이 64KiB).

16비트 프로세서 전성 시대에 개인용 컴퓨터에서 사용된 주요 운영 체제에는 IBM PC DOS, MS-DOS, OS/2 1.x 등이 있다. Microsoft Windows 1.0 - 3.x는 MS-DOS 위에서 동작하는 GUI 프런트엔드이며, Windows 3.0까지는 운영 환경(operating environment)이라고 불렸다^[12]。Windows 3.1부터는 operating system이라는 명칭이 되었지만^[13], 정확히는 3.1도 독립적인 운영 체제는 아니다.

순수한 16비트 주소 공간에서는 당시에도 메모리가 부족하기 쉬웠기 때문에, 뱅크 전환이나 세그먼트 방식에 의해 16비트를 넘는 어드레싱을 가능하게 하는 시도가 이루어진 시스템이 많았다.^[14]

5. 16비트 파일 형식

16비트 파일 포맷은 각 데이터 요소(워드)가 16비트(2바이트)인 바이너리파일 포맷이다.

예시로 Windows Metafile 형식(WMF)은 Windows 3.x 시대에 제정된 벡터 이미지 형식이며, GDI의 16비트 그래픽스 명령을 직접 저장할 수 있다.

UTF-16 형식의 유니코드 텍스트 파일 역시 16비트 바이너리 파일 형식이라고 할 수 있다. 실제로 저장되는 데이터는 엔디안에 의존하며, 리틀 엔디안(UTF-16LE)과 빅 엔디안(UTF-16BE)을 구분하기 위해, 처음에 2바이트의 바이트 오더 마크가 부여되는 경우가 많다.

6. 16비트 프로세서 목록

제조사	제품명
앙스트렘사(Angstrem)	1801 시리즈 CPU
데이터 제너럴사(Data General)	노바(Nova), 이클립스(Eclipse)
디지털 이퀴프먼트 코퍼레이션사(Digital Equipment Corporation)	PDP-11 (LSI-11은 웨스턴 디지털사(Western Digital) MCP-1600 참조), DEC J-11, DEC T-11
EnSilica	eSi-1600
페어차일드 세미컨덕터사(Fairchild Semiconductor)	9440 MICROFLAME
페란티사(Ferranti)	페란티 F100-L, F200-L
제너럴 인스트루먼트사(General Instrument)	CP1600
휴렛 팩커드사(Hewlett-Packard)	HP 21xx/2000/1000/98xx/BPC, HP 3000
허니웰사(Honeywell)	허니웰 레벨 6/DPS 6
IBM	1130/1800, 시스템/7(System/7), 시리즈/1(Series/1), 시스템/36(System/36)
인피니언사(Infineon)	XE166 제품군, C166/C167 제품군, XC2000
인텔사(Intel)	인텔 8086/인텔 8088, 인텔 80186/인텔 80188, 인텔 80286, 인텔 MCS-96
록히드사(Lockheed Corporation)	MAC-16
	MIL-STD-1750A
모토롤라사(Motorola)	모토롤라 68HC12, 모토롤라 68HC16
내셔널 세미컨덕터사(National Semiconductor)	IMP-16, PACE/INS8900
NEC	μCOM-16, NEC V20, V30
파나파콤사(Panafacom)	MN1610
르네사스 일렉트로닉스(Renesas)	M16C\|M16C^jp (16비트 레지스터, 24비트 주소 공간)
리코사(Ricoh)	리코 5A22 (SNES에서 사용)
텍사스 인스트루먼트사(Texas Instruments)	텍사스 인스트루먼트 TMS9900, TI MSP430
도시바사(Toshiba)	T-3412
웨스턴 디자인 센터사(Western Design Center)	WDC 65816/65802
웨스턴 디지털사(Western Digital)	MCP-1600 (DEC LSI-11, 파스칼 마이크로엔진, WD16에 사용됨)
제록스사(Xerox)	알토(Alto)
자일로그사(Zilog)	자일로그 Z8000, 자일로그 Z280

참조

_[1] 웹사이트 Year 1951 http://www.computerh[...]
_[2] 간행물 Digital at Work http://www.computerh[...] Digital Press 2013-07-02
_[3] 웹사이트 The IBM 1130 computing system http://www-03.ibm.co[...]
_[4] 웹사이트 HP 2116 http://www.computerh[...]
_[5] 웹사이트 Data General Nova minicomputer http://www.computerh[...] 2012-06-11
_[6] 서적 Digital at work: snapshots from the first thirty-five years Digital Press 1992-09
_[7] 서적 Encyclopedia of Computer Science and Technology https://books.google[...] CRC Press 1978
_[8] 웹사이트 1970s: Development and evolution of microprocessors http://www.shmj.or.j[...] 2019-06-27
_[9] 웹사이트 16-bit Microprocessors http://www.cpu-museu[...] CPU Museum 2010-10-05
_[10] 웹사이트 History http://www.pfu.fujit[...] PFU 2010-10-05
_[11] 서적 Motorola M68000 Family, Programmer's Reference Manual https://www.nxp.com/[...] Motorola, Inc. 2023-06-05
_[12] Emerald Insight The Windows 3.0 environment https://www.emerald.[...]
_[13] 문서 NECパーソナルコンピュータ PC-9800シリーズ 98MATE ソフトウェアセットアップガイド https://support.nec-[...]
_[14] ＠IT 特集：Windows 9x or Windows 2000？　コラム：Windowsの歴史、メモリの歴史（1） - ＠IT https://atmarkit.itm[...]

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