Informática de 32 bits

En la arquitectura informática, la informática de 32 bits hace referencia a sistemas informáticos con un procesador, memoria y otros componentes importantes del sistema que funcionan con datos en unidades de 32 bits. En comparación con anchos de bits más pequeños, las computadoras de 32 bits pueden realizar cálculos grandes de manera más eficiente y procesar más datos por ciclo de reloj. Las computadoras personales típicas de 32 bits también tienen un bus de direcciones de 32 bits, lo que permite acceder a hasta 4 GB de RAM; mucho más de lo que permitían las generaciones anteriores de arquitectura de sistemas.

Los diseños de 32 bits se han utilizado desde los primeros días de la computación electrónica, en sistemas experimentales y luego en grandes sistemas mainframe y minicomputadoras. El primer microprocesador híbrido de 16/32 bits, el Motorola 68000, se introdujo a fines de la década de 1970 y se usó en sistemas como el Apple Macintosh original. Los microprocesadores de 32 bits completos, como HP FOCUS, Motorola 68020 e Intel 80386, se lanzaron entre principios y mediados de la década de 1980 y se hicieron dominantes a principios de la década de 1990. Esta generación de computadoras personales coincidió y permitió la primera adopción masiva de la World Wide Web. Si bien las arquitecturas de 32 bits todavía se usan ampliamente en aplicaciones específicas, su dominio del mercado de PC terminó a principios de la década de 2000.

Rango para almacenar números enteros

Un registro de 32 bits puede almacenar 2³² valores diferentes. El rango de valores enteros que se pueden almacenar en 32 bits depende de la representación de enteros utilizada. Con las dos representaciones más comunes, el rango es de 0 a 4 294 967 295 (2³² − 1) para la representación como un número binario (sin signo) y −2 147 483 648 (−2³¹) a 2,147,483,647 (2³¹ − 1) para representación como complemento a dos.

Una consecuencia importante es que un procesador con direcciones de memoria de 32 bits puede acceder directamente como máximo a 4 GiB de memoria direccionable por bytes (aunque en la práctica el límite puede ser menor).

Historia técnica

La primera computadora electrónica del mundo con programa almacenado, la Manchester Baby, usó una arquitectura de 32 bits en 1948, aunque solo era una prueba de concepto y tenía poca capacidad práctica. Solo contenía 32 palabras de RAM de 32 bits en un tubo Williams y no tenía operación de suma, solo resta.

La memoria, al igual que otros circuitos y cableados digitales, era costosa durante las primeras décadas de las arquitecturas de 32 bits (de 1960 a 1980). Por lo tanto, las familias de procesadores de 32 bits más antiguas (o variantes más simples y económicas de las mismas) podrían tener muchos compromisos y limitaciones para reducir costos. Esto podría ser una ALU de 16 bits, por ejemplo, o buses externos (o internos) de menos de 32 bits, lo que limita el tamaño de la memoria o exige más ciclos para la recuperación, ejecución o reescritura de instrucciones.

A pesar de esto, tales procesadores podrían etiquetarse como 32 bits, ya que todavía tenían registros e instrucciones de 32 bits capaces de manipular cantidades de 32 bits. Por ejemplo, el IBM System/360 Model 30 tenía una ALU de 8 bits, rutas de datos internas de 8 bits y una ruta a la memoria de 8 bits, y el Motorola 68000 original tenía una ALU de datos de 16 bits y una ruta de acceso de datos de 16 bits. bus de datos externo, pero tenía registros de 32 bits y un conjunto de instrucciones orientadas a 32 bits. El diseño 68000 a veces se denominaba 16/32 bits.

Sin embargo, lo contrario suele ser cierto para los diseños más nuevos de 32 bits. Por ejemplo, el procesador Pentium Pro es una máquina de 32 bits, con registros e instrucciones de 32 bits que manipulan cantidades de 32 bits, pero el bus de direcciones externo tiene 36 bits de ancho, lo que brinda un espacio de direcciones mayor que 4 GB, y el bus de direcciones externo El bus de datos tiene 64 bits de ancho, principalmente para permitir una captación previa más eficiente de instrucciones y datos.

Arquitecturas

Entre las arquitecturas de conjunto de instrucciones de 32 bits destacadas que se utilizan en la informática de uso general se incluyen IBM System/360 e IBM System/370 (que tenían direccionamiento de 24 bits) y System/370-XA, ESA/370 y ESA/ 390 (que tenía direccionamiento de 31 bits), el DEC VAX, el NS320xx, la familia Motorola 68000 (cuyos dos primeros modelos tenían direccionamiento de 24 bits), la versión Intel IA-32 de 32 bits de la arquitectura x86 y las versiones de 32 bits de las arquitecturas ARM, SPARC, MIPS, PowerPC y PA-RISC. Las arquitecturas de conjuntos de instrucciones de 32 bits utilizadas para la computación integrada incluyen la familia 68000 y las arquitecturas ColdFire, x86, ARM, MIPS, PowerPC e Infineon TriCore.

Aplicaciones

En la arquitectura x86, una aplicación de 32 bits normalmente significa software que normalmente (no necesariamente) usa el espacio de direcciones lineales de 32 bits (o modelo de memoria plana) posible con los chips 80386 y posteriores. En este contexto, el término surgió porque DOS, Microsoft Windows y OS/2 se escribieron originalmente para los microprocesadores 8088/8086 o 80286 de 16 bits con un espacio de direcciones segmentado donde los programas tenían que cambiar entre segmentos para alcanzar más de 64 kilobytes. de código o datos. Como esto requiere bastante tiempo en comparación con otras operaciones de la máquina, el rendimiento puede verse afectado. Además, la programación con segmentos tiende a complicarse; tenían que usarse (con cuidado) palabras clave especiales lejos y cerca o modelos de memoria, no solo en lenguaje ensamblador sino también en lenguajes de alto nivel como como Pascal, BASIC compilado, Fortran, C, etc.

El 80386 y sus sucesores son totalmente compatibles con los segmentos de 16 bits del 80286, pero también con segmentos para desplazamientos de direcciones de 32 bits (usando el nuevo ancho de 32 bits de los registros principales). Si la dirección base de todos los segmentos de 32 bits se establece en 0 y los registros de segmento no se usan explícitamente, la segmentación puede olvidarse y el procesador parece tener un espacio de direcciones lineal simple de 32 bits. Los sistemas operativos como Windows o OS/2 brindan la posibilidad de ejecutar programas de 16 bits (segmentados) así como programas de 32 bits. La primera posibilidad existe para la compatibilidad con versiones anteriores y la segunda generalmente está destinada a ser utilizada para el desarrollo de nuevo software.

Imágenes

En imágenes/imágenes digitales, 32 bits generalmente se refiere al espacio de color RGBA; es decir, imágenes en color verdadero de 24 bits con un canal alfa adicional de 8 bits. Otros formatos de imagen también especifican 32 bits por píxel, como RGBE.

En imágenes digitales, 32 bits a veces se refiere a formatos de imágenes de alto rango dinámico (HDR) que usan 32 bits por canal, un total de 96 bits por píxel. Las imágenes de 32 bits por canal se utilizan para representar valores más brillantes de lo que permite el espacio de color sRGB (más brillante que el blanco); estos valores se pueden usar para retener con mayor precisión los reflejos brillantes cuando se reduce la exposición de la imagen o cuando se ve a través de un filtro oscuro o un reflejo opaco.

Por ejemplo, un reflejo en una mancha de aceite es solo una fracción de lo que se ve en la superficie de un espejo. Las imágenes HDR permiten el reflejo de los reflejos que todavía se pueden ver como áreas blancas brillantes, en lugar de formas grises apagadas.

Formatos de archivo

Un formato de archivo de 32 bits es un formato de archivo binario para el cual cada información elemental se define en 32 bits (o 4 bytes). Un ejemplo de dicho formato es el formato de metarchivo mejorado.