Программирование

Гл. 2. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОМ

Гл. 2. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОМ
Байт – группа из восьми бит, обрабатываемая как единое целое.
(бит – единица измерения информации, байт – единица измерения объема данных).
Объем ОЗУ измеряется в байтах. Емкость ячейки памяти – 1 байт.
Производные: Кбайт (1024 (210) байт), Мбайт (1 048 576 (220) байт) , Гбайт (1 073 741 824 (230) байт).
Шина – набор линий-проводников на материнской плате, по которым обмениваются информацией компоненты и устройства компьютера.
Системная шина – проводники, которыми процессор соединен с Chipset – набором микросхем, установленных на материнской плате для обеспечения обмена данными между разными устройствами компьютера и процессором.
Архитектура любой из шин (системной, памяти, ввода-вывода и др.) включает:
- линии для обмена данными (шина данных),
- линии для адресации данных (шина адресов),
- линии для управления данными (шины управления).
Пропускная способность шины (Мбайт/с) определяется ее разрядностью, умноженной на тактовую частоту.

Гл. 2. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОМ
Команда состоит из кода выполняемой опера-ции (оператор) и адресной части (операнды).
Современные компьютеры преимущественно базируются на архитектуре фон Неймана – совместное хранение данных и программ. Алгоритм любой программы реализуется в виде команд, выполняемых процессором шаг за шагом (программа = данные + команды).
Закодированное представление команды процессора - машинный код.
одноадресная команда (содержимое ячейки х ОЗУ сложить с содержимым сумматора (регистр АЛУ процессора), а результат оставить в сумматоре);
двухадресная команда (сложить содержимое ячеек х и y, а результат поместить в ячейку y);
трехадресная команда (содержимое ячейки x сложить с содержимым ячейки y, сумму поместить в ячейку z);
Регистры – дополнительные поименованные ячейки памяти процессора.

Гл. 2. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОМ
из ячейки памяти, адрес которой хранится в счетчике команд, выбирается очередная команда; содержимое счетчика команд при этом увеличивается на длину команды;
выбранная команда передается в УУ на регистр команд;
устройство управления расшифровывает адресное поле команды;
по сигналам УУ операнды считываются из памяти и записываются в АЛУ на специальные регистры операндов;
УУ расшифровывает код операции и выдает в АЛУ сигнал выполнить соответствующую операцию над данными;
результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в память, если в команде был указан адрес результата.

Гл. 2. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОМ
Операционная система – комплекс программ, управляющих базовыми и периферийными устройствами компьютера и обеспечивающих правильную загрузку других программ (MS-DOS, Windows, UNIX, MacOS и др.).
Для обслуживания периферийных устройств в состав операционной системы входят специальные программы – драйверы устройств.
Современные системы программирования (например, Borland Delphi, Microsoft Visual Basic, Borland C++) кроме трансляторов включают в себя интегрированную среду разработки: средства создания и редактирования текстов программ; обширные библиотеки стандартных программ и функций; отладочные программы и утилиты; встроенный ассемблер; справочную службу и т.д.
Системное программирование – процесс разработки операционных систем, утилит и трансляторов.
Прикладное программирование – процесс разработки прикладных программ.

Гл. 2. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОМ
Двоичная система счисления – позиционная (основание - 2).
Перевод целого числа из двоичной системы в десятичную:
(1101)2 = 1*20 + 0*21 + 1*22 + 1*23 = (13)10
Перевод целого числа из десятичной системы в двоичную осуществляется последовательным делением на 2. В качестве остатка от деления получается очередная цифра двоичного числа, начиная с младшей.
13/2 = 6 (остаток 1 - младшая цифра), 6/2 = 3 (0),
3/2 = 1 (1), 1/2 = 0 (1). Результат - (1101)2
Перевод дроби из двоичной системы в десятичную:
(0.1011)2 = 1*2-1 + 0*2-2 + 1*2-3 + 1*2-4 =
1/2 + 1/8 + 1/16 = 0.5 + 0.125 + 0.0625 = (0.6875)10
Перевод дроби из десятичной системы в двоичную осуществляется умножением на 2. Целая часть полученного числа – очередная цифра двоичного, начиная с первой цифры после запятой:
0.6875*2 = 1.375 (первая цифра - 1), 0.375*2 = 0.75 (0), 0.75*2 = 1.5 (1), 0.5*2 = 1.0 (1). Результат - (0.1011)2

Гл. 2. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОМ
Восьмеричная система счисления – позиционная (основание – 8, используются цифры 0 1 2 3 4 5 6 7).
Шестнадцатеричная система счисления – позиционная (основание – 16, используются цифры 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 и первые буквы латинского алфавита A B C D E F).
Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичную систему (и обратно) осуществляется заменой каждой цифры эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр) или тетрадой (четверкой цифр).

Гл. 2. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОМ
Представление (вид) числа в памяти определяется тем типом, к которому он принадлежит. В частности, тип числа задает количество двоичных разрядов, отводимых под хранение числа.
Для хранения числа в памяти отводится целое число ячеек емкостью 1 байт – 8 бит (разрядов).
Целые беззнаковые типы (представление числа 5)
BYTE (1 байт, 0...255)
0000 0101
WORD (2 байта, 0...65535)
0000 0000 0000 0101
Для хранения чисел со знаком старший разряд отводится под знак (0 – если число положительное, 1 – если отрицательное).
Целые знаковые типы (представление числа 5)
SHORTINT (1 байт, -128...127)
0 000 0101
INTEGER (2 байта, -32768...32767)
0 000 0000 0000 0101

Гл. 2. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОМ
Все математические операции с числами основаны на сложении.
Сложение осуществляется поразрядно с соблюдением дополнительного правила: "Если в результате сложения двух соответствующих разрядов чисел получилось число большее или равное основанию системы счисления (2), то следует из полученного числа отнять основание системы счисления и записать в строке итога полученный результат. Кроме того, необходимо запомнить единицу с тем, чтобы добавить ее при сложении следующего разряда".
0 1 0 0 1 0 0 1 (73)10
+ 0 0 1 0 0 1 0 1 (37)10
_________________________
0 1 1 0 1 1 1 0 (110)10
Отрицательные числа представлены в виде дополнительного кода.
Для получения дополнительного кода необходимо сначала поменять все разряды числа на обратные, а затем к полученному результату прибавить 1.
Целые знаковые типы (представление числа -5)
SHORTINT (1 байт, -128...127)
1 111 1011
INTEGER (2 байта, -32768...32767)
1 111 1111 1111 1011

Гл. 2. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОМ
Вычитание заменяется сложением чисел, одно из который берется с обратным знаком (используется дополнительный код).
0 0 0 0 0 1 1 1 (7)10
+ 1 1 1 1 1 0 1 1 (-5)10
_____________________________
0 0 0 0 0 0 1 0 (2)10
Умножение заменяется сложением чисел, сдвинутых на разное число двоичных разрядов подобно тому, как это делается при умножении чисел «в столбик». Деление, соответственно, выполняется через вычитание (путем многократного прибавления к делимому дополнительного кода делителя). Возведение в степень выполняется через умножение и т.д.
Современные компьютеры помимо центрального процессора оснащаются математическим сопроцессором – специальным устройством, выполняющим математические операции с плавающей точкой, что позволяет разгрузить центральный процессор. Его использование позволяет ~ на 80 % сократить время выполнения таких операций как умножение и возведение в степень.