Чому бітові маски називають «масками» і якій цілі вони служать?

Чому так називають "бітові маски"?

Я знаю, що вони в основному використовуються для побітових операцій, і використання бітових масок є більш ефективним, ніж використання окремих змінних.

Однак моє питання: чому і коли були винайдені бітові маски? Чи використовувалися вони з ранніх обчислень? Чи існують інші типи "масок", крім бітових масок в ІТ-області?

Маска (різноманітність обличчя) - це те, що прикриває деякі частини вашого обличчя і дозволяє іншим частинам проявлятися. Термінологія використовується аналогією при обчисленні: бітова маска прикриває (фільтрує) деякі біти в біті і дозволяє іншим проходити.

Чи існують інші типи "масок", крім бітових масок в ІТ-області?

У верхній частині голови маски часто використовуються для обробки зображень. Це схожа концепція: ви створюєте чорно-біле зображення, яке показує форму того, що маскувати, а що пропустити.

Бітова маска використовується для маскування деяких шматочків бітового поля під час викриття інших:

initial value: 011011001
bit mask.....: 111110000
result value.: 011010000

Це було використано перед обчисленнями в електроніці з логічними воротами (І, АБО ...) або транзисторами або в електромеханіці з реле.

Бітмаски жахливо старі. Мені не вдалося знайти посилання на перший, але вони, безумовно, були популярні появою 8-бітових процесорів, і, ймовірно, використовувалися і в 4-бітових процесорах.

Ідея бітових масок - скористатися розрядним паралелізмом. 8-розрядний комп'ютер може виконати одну і ту ж побітну операцію з 8 бітами одночасно, якщо вони упаковані в одне власне слово (це означає, що воно вписується в реєстр).

Назва походить від маскування, що є загальним підходом до приховування областей, з якими ви не хочете взаємодіяти. Наприклад, розгляньте цей трафарет для маскування ділянок стіни (трафарет переміщений після фарбування, щоб показати візерунок)

Маски використовуються також у фотографії, де вони переходять під термін "ухилення", а не "трафарет". Ви можете використовувати маску, щоб затемнити частину світла під час друку, щоб освітлити ділянку.

Термін також використовується безпосередньо у фотолітографії, це техніка, яка використовується для виготовлення інтегральних схем. Маска перешкоджає потраплянню світла на фоторезист, намальований на мікросхемі, що створює візерунки, які згодом призводять до захоплюючих візерунків на мікросхемі. (Зображення нижче - одна з масок для процесора Intel 8080A , якщо вам цікаво)

Так само, під час бітового маскування ви вибираєте частини слова, над якими хочете оперувати, маскуючи всі інші шматочки. У наведеному нижче прикладі я використовую операцію "і", щоб замаскувати вхід таким чином, що лише 3-й, 4-й і 8-й біти проступають. Решта "маскуються" так, що вони дорівнюють 0. Я використовую маску 00110001. Я показую це нижче, #представляючи 0 та .представляючи 1, оскільки це робить візуальний зовнішній вигляд бітової маски подібним до того, як у фізичних масок, наведених вище, і я показую рядок "вибраних бітів", який показує біти з виводу, які не були замасковані ( "Вибрані біти" - це насправді не логічна операція, яка відбувається ... процесор дійсно йде прямо від введення І маски до виходу за один крок, але я думаю, що це уточнює візуальне зображення)

Input          10010111
Mask           ##..###.  (aka 00110001)
-----------------------
(selected)       01   1
Input AND Mask 00010001

Як я вже згадував, бітмейкінг жахливо старий, оскільки він значно збільшує продуктивність процесора. На 4-бітовому процесорі він може зробити процесор в 4 рази швидшим. У 8-бітовому процесі, або це може зробити його в 8 разів швидше (звичайно, лише за побітовими операціями).

Одне із захоплюючих для цього використання шахових двигунів. Шахова дошка має 64 квадрата. Сучасні двигуни мають 64 бітні цілі числа. Це надзвичайно зручно для удачі, тому шахові двигуни часто користуються цим. Вони мають так звані " бітборди ", які містять місця розміщення штук. Це дозволяє робити всілякі оптимізації, такі як пошук усіх ходів пішаків за один крок.

У найбільш загальному використанні англійською мовою маска - це пристрій, який щось приховує. Трафаретний друк згадується в іншій відповіді. Малярська стрічка щось «маскує», щоб уникнути нанесення фарби тощо. Маска припою на дошці ПК «маскує» ділянку, яку потрібно припаяти, з ділянки, яку не слід спаяти.

У разі "бітового маскування" деякі біти "приховані" або ігноруються, щоб інші, які представляють більше інтерес, можна було легше маніпулювати або просто переглядати.

Бітове маскування - це не просто «стара» техніка, це примітивна операція в більшості, якщо не у всіх інструкціях на машині, наскільки я знаю з самих ранніх процесорів. Зазвичай це у формі "використовувати бітовий шаблон у цьому реєстрі, щоб замаскувати біти в якомусь іншому регістрі".

Бітова маска схожа на трафаретний друк . Ви вибираєте певну бітову позицію, яку потрібно взяти в результат:

source value = 42 -> 00101010b
mask = 51 -> 00110011b
result 42&51 = 00100010b -> 34

Ще одне значення маски - це сторінка у графічному інтерфейсі користувача, де користувач може вводити дані.

Бітові маски були винайдені з кількох причин:

• Реєстри апаратного забезпечення були зіставлені на суміжний набір бітів
• Простір пам’яті був дуже обмеженим у не надто далекому минулому

Коли ви дивитесь на те, як ви бачите шаблон біт, який ви АБО вибираєте, щоб трохи увімкнути або ANDING, щоб вимкнути біти, це виглядає як маска.

Найпоширеніша маска (заснована на бітових масках) - це маска зображення (див. Посилання, яке я включив на початку).

Інший вид фізичної маски в ІТ - це літографічна фотомаска, яка використовується для травлення лише частини кремнієвої пластини. Це не використовувалося для виготовлення найдавніших комп'ютерів, але той, хто працював у цій галузі за останні п’ятдесят років, про це знав би.

Я не знаю, коли з'явився точний термін "бітова маска", але сама операція є лише побітною, і це основна інструкція кожного бінарного комп'ютера.