Почему битовые маски называют «масками» и какой цели они служат?

Почему "битовые маски" называются так?

Я знаю, что они в основном используются для побитовых операций, и использование битовых масок более эффективно, чем использование отдельных переменных.

Однако мой вопрос: почему и когда были изобретены битовые маски? Были ли они использованы с ранних вычислений? Существуют ли другие типы «масок» помимо битовых масок в области ИТ?

Маска (разнообразная для лица) - это то, что покрывает некоторые части вашего лица и позволяет другим деталям просвечивать. Терминология используется по аналогии в вычислениях: битовая маска скрывает (отфильтровывает) некоторые биты в битовом наборе и позволяет другим проходить.

Существуют ли другие типы «масок» помимо битовых масок в области ИТ?

Чуть выше головы, маски часто используются при обработке изображений. Это похожая концепция: вы создаете черно-белое изображение, которое показывает форму того, что нужно скрыть, а что пропустить.

Битовая маска используется для маскировки некоторых битов битового поля при демонстрации других:

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

Это использовалось перед вычислениями в электронике с логическими элементами (И, ИЛИ ...) или транзисторами или в электромеханике с реле.

Битовые маски ужасно стары. Я не смог найти ссылку на первый, но они, безусловно, были популярны с появлением 8-разрядных процессоров и, вероятно, также использовались в 4-разрядных процессорах.

Идея, стоящая за битовыми масками, заключается в том, чтобы использовать преимущества побитового параллелизма. 8-битный компьютер может выполнять одну и ту же побитовую операцию одновременно с 8 битами, если они упакованы в одно собственное слово (что означает, что оно помещается в регистр).

Название происходит от маскировки, которая является общим подходом для маскировки областей, с которыми вы не хотите взаимодействовать. Например, рассмотрите этот трафарет для маскировки областей стены (после рисования трафарет был перемещен, чтобы показать рисунок)

Маски также используются в фотографии, где они обозначаются термином «уклонение», а не «трафарет». Вы можете использовать маску, чтобы скрыть часть света во время печати, чтобы осветлить область.

Термин также используется непосредственно в фотолитографии, которая является техникой, используемой для создания интегральных схем. Маска предотвращает попадание света на фоторезист, нанесенный на чип, что создает рисунки, которые впоследствии приводят к появлению рисунков на чипе. (Изображение ниже - одна из масок для процессора Intel 8080A , если вам интересно)

Аналогично, при маскировании битов вы выбираете части слова, с которыми хотите работать, маскируя все остальные биты. В приведенном ниже примере я использую операцию «и», чтобы замаскировать входные данные таким образом, чтобы показывались только 3-й, 4-й и 8-й биты. Остальные «замаскированы», так что они 0. Я использую маску 00110001. Ниже я показываю это с #представлением 0 и .представлением 1, потому что это делает визуальный внешний вид битовой маски похожим на внешний вид физических масок выше, и я показываю строку «выбранные биты», которая показывает биты из вывода, которые не были замаскированы ( «выбранные биты» на самом деле не являются логической операцией, которая происходит ... процессор действительно переходит от маски ввода и вывода к выводу за один шаг, но я думаю, что это проясняет визуальное изображение)

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

Как я уже упоминал, битовая маскирование ужасно устарело, поскольку значительно повышает производительность процессора. На 4-битном процессоре он может сделать процессор в 4 раза быстрее. На 8-битном процессе, или он может сделать его в 8 раз быстрее (конечно, только на битовых операциях).

Одно из увлекательных применений - шахматные движки. Шахматная доска имеет 64 квадрата. Современные двигатели имеют 64-битные целые числа. Это очень удобная удача, поэтому шахматные движки часто используют ее. У них есть так называемые « битборды », которые содержат расположение фигур. Это позволяет вам выполнять все виды оптимизаций, такие как поиск всех ходов пешки за один шаг.

В своем наиболее общем использовании на английском языке маска - это устройство, которое что-то скрывает. Трафаретная печать упоминается в другом ответе. Окрашивающая лента «маскирует» что-то, чтобы избежать попадания краски на нее и т. Д. Маска для пайки на печатной плате «маскирует» область, подлежащую пайке, с области, не подлежащей пайке.

В случае «маскирования битов» некоторые биты являются «скрытыми» или игнорируются, так что другие, представляющие больший интерес, можно легче манипулировать или просто просматривать.

Битовая маскировка - это не просто «старая» техника, это примитивная операция в большинстве, если не во всех машинных инструкциях, насколько я знаю из самых ранних процессоров. Обычно это в форме «использовать битовую комбинацию в этом регистре для маскировки битов в каком-либо другом регистре».

Битовая маска похожа на трафаретную печать . Вы выбираете какую-то определенную битовую позицию, которая будет включена в результат:

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

Другое значение маски - это страница в графическом интерфейсе пользователя, куда пользователь может вводить данные.

Битовые маски были изобретены по нескольким причинам:

• Аппаратные регистры были сопоставлены с непрерывным набором битов
• В недалеком прошлом пространство памяти было очень ограничено

Когда вы смотрите на то, как вы видите последовательность битов, которые вы хотите включить, или AND, чтобы отключить биты, это выглядит как маска.

Наиболее распространенная маска (основанная на битовых масках) - маска изображения (см. Ссылку, которую я включил в начале).

Другим видом физической маски в ИТ является литографическая фотомаска, используемая для травления только части кремниевой пластины. Это не использовалось для производства самых ранних компьютеров, но любой, кто работал в отрасли за последние пятьдесят лет, знал бы об этом.

Я не знаю, когда появился точный термин «битовая маска», но сама операция является побитовой и является базовой инструкцией для каждого двоичного компьютера.