Некоторые общие сведения о работе микро-эвм

ДАННЫЕ И ПРОГРАММЫ

Содержание этой главы носит в основном справочный характер. В ней приведены лишь основ­ные понятия и самые общие сведения о работе микро-ЭВМ, без которых неподготовленному читателю будет трудно проследить работу основных ее узлов, описанию которых посвящены после­дующие главы книги. Читатель, знакомый с основами построе­ния ЭВМ и программирования, может сразу перейти к следую­щей главе.

Как уже говорилось в предыдущей главе, чтобы решить зада­чу на машине, нужно ее запрограммировать; т. е. составить опре­деленную последовательность команд (программу), которая, вместе с данными должна быть введена в память машины. В процессе решения задачи центральный процессор обращается к памяти машины, выполняет команды, извлеченные из памя­ти, обрабатывает в соответствии с этими командами данные, извлеченные из той же памяти и полученные от внешних устройств, и в зависимости от результатов обработки перехо­дит к выполнению одной или нескольких других команд. По­следовательность команд, приводящая к решению задачи, назы­вается программой решения задачи. Каждая машина характери­зуется определенным набором операций (системой команд), или машинным языком, которые должны быть известны поль­зователю, решающему свою задачу на данной машине.

Чтобы машина могла воспринимать передаваемые ей коман­ды и данные, они должны быть представлены в двоичной форме. С этой целью каждой команде ставится в соответствие двоичный код, а все числовые значения выражаются в двоичной системе счисления.

Под двоичной системой счисления подразумевается позицион­ная весомозначная система с основанием 2 и с цифрами 0,1. Термин "позиционная весомозначная" означает, что в зависи­мости от положения цифры в числе ей приписываются разные значения, или вес. В наиболее распространенных системах счис­ления этот вес равен степени основания, показатель которой ра-вен n — 1, где п — номер разряда, отсчитываемый справа налево. Системы счисления получают наименование в зависимости от основания. Так, в десятичной системе счисления основанием является 10, в двоичной — 2, в восьмеричной — 8, в шестнадца-теричной — 16 и т. п. При этом количество используемых цифр для представления чисел равно основанию системы счисления. В двоичной системе используются всего две цифры: 0 и 1. В де­сятичной системе используются 10 цифр от 0 до 9, в восьмерич­ной — восемь цифр, т. е. первые восемь цифр десятичной систе­мы (от 0 до 7). В шестнадцатеричной системе счисления исполь­зуются все цифры десятичной системы, а в качестве недостаю­щих шести цифр используются первые шесть букв латинского алфавита: А, В, С, D, Е, F. Примеры записи десятичных чисел от 0 до 16 и от 248 до 255 в двоичной, восьмеричной и шестнад­цатеричной системах счислений приведены в табл. 3.1. Десятич­ное число 255 является наибольшим представимым в двоичной системе счисления при условии использования всего восьми разрядов для записи чисел. Для представления чисел, больших 255, необходимо в двоичной системе счисления использовать большее число разрядов.

Чтобы отличить число, записанное в той или иной системе счисления, от числа, записанного в другой системе счисления, в конце записи обычно ставят соответствующие используемому основанию цифры или буквы (иногда в виде индексов, напри­мер 38₁₀). Для десятичной системы счисления часто использу­ется буква D, для двоичной — В, для восьмеричной — Q, для шестнадцатеричной — Н. Например:

216 D = 11011000 В = 330 Q = D8 Н.

Как следует из табл. 3.1, наиболее громоздким из рассмотрен­ных представлений, в особенности для больших чисел, является двоичное представление, а наиболее компактным — шестнадца-теричное представление, не совсем удобное для восприятия. Чтобы воспользоваться числовыми результатами в шестнадца­теричной системе счисления, необходимо перевести их в более привычную десятичную форму. Способы перевода чисел из одной системы счисления в другую неоднократно описывались в литературе и здесь рассматриваться не будут.

Таблица 3.1

Необходимое для выполнения программы на ЭВМ двоичное представление данных и команд для пользователя неудобно именно своей громоздкостью. Написание программы непосред­ственно в двоичных кодах утомительно и нередко приводит к ошибкам. Шестнадцатеричное представление компактно, но

не совсем удобно ввиду непривычности использования буквен­ных обозначений числовых величин.

Весьма распространенным способом представления данных и команд является их восьмеричное представление. Оно до­вольно компактно и легко переводимо в двоичную форму. Для этого достаточно запомнить двоичные коды трех первых двоичных разрядов (см. табл. 3.1). Перевод двоичного числа в восьмеричное производится следующим образом. Двоичный код разбивается справа налево на триады, каждая триада считается самостоятельным двоичным кодом трехразрядного чис­ла и заменяется соответствующей цифрой от 0 до 7. Перевод восьмеричного кода в двоичный производится аналогичным образом: каждая цифра от 0 до 7 заменяется соответствую­щим двоичным кодом.

Пусть, например, требуется записать восьмеричный код восьмиразрядного двоичного числа 10110101 В. Разбитый на триады двоичный код будет 10 НО 101 В. После замены каж­дой триады двоичным кодом получим 265 Q. Двоичное представ­ление восьмеричного числа 312Q получается также просто: 11 001 010 В или 11001010 В.

Представление двоичных чисел в табл. 3.1 в виде восьмираз­рядных кодов приведено не случайно. Наименьшей единицей информации, которая может быть представлена в ЭВМ, явля­ется двоичный разряд или бит. Бит может иметь два значения: О или 1, а соответствующий ему электрический сигнал — два уровня напряжения. Группа из восьми двоичных разрядов на­зывается байтом. Более крупными единицами информации являются килобит (1024 = 2¹⁰ бит, или двоичных разрядов), килобайт (1024 = 2¹⁰ байт) и мегабайт (1048576 =2²⁰ байт). Иногда выделяют группу из четырех двоичных разрядов, назы­ваемую ниблом. Этим понятием пользуются при рассмотрении процессов выполнения арифметических операций в двоично-десятичных кодах.

Остановимся теперь на определении понятия машинной команды как элемента записи машинной программы.

Под командой подразумевается указание, записанное на машинном языке микро-ЭВМ и определяющее ее действия при выполнении отдельной операции или части вычислительного процесса. Команда может быть представлена в символической форме или в форме кодов (шестнадцатеричных, восьмеричных, двоичных). Таким образом, под программой подразумевается фиксированная последовательность команд, воспринимаемых машиной как единая целая группа указаний, позволяющая ре­шить поставленную пользователем задачу.

В качестве формального языка для описания данных и про­грамм их обработки на микро-ЭВМ используются не только машинный язык, но и специальные языки программирования, такие как, например, БЕЙСИК. Программа на таком языке, называемом иногда языком высокого уровня, не может непо­средственно восприниматься микропроцессором. В совершен­ных ЭВМ специальная программа, называемая интерпретатором или компилятором, преобразует программу на языке высоко­го уровня в эквивалентную ей программу на языке машины.

Программа, написанная на языке Ассемблер, переводится пользователем в машинные восьмеричные коды с помощью таблицы кодов (табл. 4.1 — 4,3) и вводится вместе с данными также в восьмеричных кодах в ПМ-ЭВМ с клавиатуры и разме­шается в оперативном запоминающем устройстве, в котором выделяется специальная область, где пользователь может раз­местить свою программу.

Процесс размещения программы в памяти может быть легко представлен с помощью простой модели запоминающего устрой­ства, имеющей вид обычного книжного стеллажа или открытой полки, разделенной на отдельные ячейки. Каждой ячейке при­своен номер, называемый адресом. В ячейку можно поместить данные ограниченного объема: один байт или восьмиразрядный двоичный код. Команда, занимающая три машинных слова (три байта), может быть размещена лишь в трех ячейках памяти. При этом первый байт размещается в ячейке по указанному адресу, а остальные два — в последующих ячейках памяти. Важ­но при этом правильно поместить начальную команду програм­мы, которая должна находиться в той ячейке, с которой микро­процессор начинает свою работу.

Программа для ПМ-ЭВМ представляет собой последователь­ность указанных кодов, из которых левый код — адрес ячей­ки памяти, а правый — команда или данные.

Предположим, что соответствующие программе и исходным данным найденные коды введены в ПМ-ЭВМ, На чем основаны процессы преобразования всей этой информации в машине?