Книга Информатика 2001 |
4. Организация данных в ЭВМ
4.1. Представление данных в ЭВМ
При проведении математических расчетов числа внутри ЭВМ могут быть представлены с помощью естественной и нормальной форм записи.
Примером записи в естественной форме может служить число 123,456. Для записи такого числа машинное слово (операнд) делится на два фиксированных поля (части). Первое поле отводится для записи целой части числа, второе - для записи дробной части числа. Старший разряд предназначается для указания знака числа (см. рис.4.1.1). Номерами указаны разряды машинного слова.
В вычислительной технике принято отделять целую часть числа от дробной части - точкой. Так как в этом случае положение точки между целой и дробной частью четко определено, то такое представление чисел называют представлением с фиксированной точкой.
Машинное слово является структурной единицей информации ЭВМ. С помощью машинного слова записывают числа, символы и команды. В современных ЭВМ длина машинных слов составляет 32…128 разрядов. На рис. 4.1.1 для упрощения показано машинное слово длиной 16 разрядов (2 байта). Физически каждый разряд машинного слова представляет собой отдельный элемент памяти (триггер или запоминающий конденсатор).
Недостатком формы с фиксированной точкой является малый диапазон представления чисел. Как правило, в этой форме записывают только целые числа. При записи целых чисел отпадает необходимость отводить поле (часть машинного слова) для записи дробной части числа (рис.4.1.2).
Нормальная форма записи числа имеет вид:
где m - мантисса числа; р - порядок; d -основание системы счисления. Порядок указывает местоположение в числе точки, отделяющей целую часть числа от дробной части. В зависимости от порядка точка передвигается (плавает) по мантиссе. Такая форма представления чисел называется формой с плавающей точкой.
4.2. Представление команд в ЭВМ
Программа работы ЭВМ состоит из последовательности команд.
Под командой понимается информация, обеспечивающая выработку управляющих сигналов, формируемых в УУ процессора, для выполнения машиной определенного действия.
Поле команды состоит из двух частей: операционной и адресной. В операционной части указывается код операции (КОП). Код определяет действие, которое должна выполнить ЭВМ (арифметическое - сложение, вычитание, логическое - инверсия и т. д.).
Адресная часть команды содержит адреса операндов (чисел или символов), участвующих в операции. Под адресом понимается номер ячейки ОЗУ или ПЗУ, где записана необходимая для выполнения команды информация.
Таким образом, ЭВМ (точнее процессор) выполняет действие, которое определяется кодом операции, над данными, местоположение которых указано в адресной части команды.
Количество указываемых в команде адресов может быть различным. В зависимости от числа адресов различают следующие форматы команд: одноадресные, двух - и трехадресные. Бывают и безадресные команды.
КОП | А1 | ||
КОП | А1 | А2 | |
КОП | А1 | А2 | А3 |
Трехадресная команда, выполняющая, например, операцию сложения, должна содержать код операции сложения и три адреса.
Действия, выполняемые этой командой, описываются следующей последовательностью операций.
1. Взять число, хранящееся по первому адресу А1.
2. Взять число, хранящееся по второму адресу А2, и сложить
с первым числом.
3. Результат сложения записать по третьему адресу А3.
В случае двухадресной команды третий адрес отсутствует, и результат можно записать либо по второму адресу (с потерей информации, которая была там записана), либо оставить в регистре сумматора, где производилась операция сложения. Тогда для освобождения сумматора требуется дополнительная команда перезаписи числа по требуемому адресу. При организации сложения двух чисел, хранящихся по адресам А1 и А2 с записью результата в А3 с использованием одноадресных команд, требуется уже три команды.
Кодовая таблица - это внутреннее (закодированное) представление в машине букв, цифр, символов и управляющих сигналов. Так, латинская буква А в кодовой таблице представлена десятичным числом 65D (внутри ЭВМ это число будет представлено двоичным числом 01000001В), латинская буква С - числом 67D, латинская буква М - 77D и т. д. Таким образом, слово "САМАРА", написанное заглавными латинскими буквами будет циркулировать внутри ЭВМ в виде цифр:
67D-65D-77D-65D-80D-65D.
Если говорить точнее, то внутри ЭВМ данное слово циркулирует в виде двоичных чисел 01000011В- 01000001В-01001101В-01000001В-01010000В-01000001В.
Аналогично кодируются цифры (например, 1 - 49D, 2 - 59D) и символы (например, ! - 33D, + - 43D).
Наряду с алфавитно-цифровыми символами в кодовой таблице закодированы управляющие сигналы. Например, код 13D заставляет печатающую головку принтера вернуться к началу текущей строки, а код 10D перемещает бумагу, заправленную в принтер, на одну строку вперед.
Кодовая таблица может быть представлена не только с помощью десятичной СС, но и при помощи шестнадцатеричной СС. Еще раз обращаем внимание на тот факт, что внутри ЭВМ циркулируют сигналы, представленные в двоичной системе счисления, а в кодовой таблице для большего удобства чтения пользователем - в десятичной или шестнадцатеричной СС.
Каждая буква, цифра, знак препинания или управляющий сигнал кодируются восьмиразрядным двоичным числом. С помощью восьмиразрядного числа (однобайтового числа) можно представить (закодировать) 256 произвольных символов - букв, цифр и вообще - графических образов.
Во всем мире в качестве стандарта принята кодовая таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange - Американский стандарт кодов для обмена информацией). Таблица ASCII регламентирует (строго определяет) ровно половину возможных символов (латинские буквы, арабские цифры, знаки препинания, управляющие сигналы). Для их кодировки используются коды от 0D до 127D.
Вторая половина кодовой таблицы ASCII (с кодами от 128 до 255) не определена американским стандартом и предназначена для размещения символов национальных алфавитов других стран (в частности, кириллицы - русских букв), псевдографических символов, некоторых математических знаков. В разных странах, на различных моделях ЭВМ, в разных операционных системах могут использоваться и разные варианты второй половины кодовой таблицы (их называют расширениями ASCII). Например, таблица, которая используется в операционной системе MS-DOS, называется CP-866. Используя эту таблицу для кодировки слова "САМАРА", записанного русскими буквами, получим такие коды:
145D-128D-140D-128D-144D-128D.
4.4. Файловая система
ЭВМ, как правило, имеет несколько дисков. Каждому диску присваивается имя, которое задается латинской буквой с двоеточием, например, А:, В:, С: и т. д. Стандартно принято, что А: и В:- это накопители на гибких магнитных дисках, а диски C:, D: и т. д. - жесткие диски, накопители на оптических дисках или электронные диски.
Электронные диски представляют собой часть оперативной памяти, которая для пользователя выглядит как ВЗУ. Скорость обмена информации с электронным диском значительно выше, чем с электромеханическим внешним запоминающим устройством. При работе электронных дисков не происходит износ электромеханических деталей. Однако после выключения питания информация на электронном диске не сохраняется.
Физически существующие магнитные диски могут быть разбиты на несколько логических дисков, которые для пользователя будут выглядеть на экране так же, как и физически существующие диски. При этом логические диски получают имена по тем же правилам, что и физически существующие диски. Проще говоря: логический диск - это часть обычного диска, имеющая собственное имя.
Диск, на котором записана операционная система, называется системным (или загрузочным) диском. В качестве загрузочного диска чаще всего используется жесткий диск С:. При лечении вирусов, системных сбоях загрузка операционной системы часто осуществляется с гибкого диска. Выпускаются оптические диски, которые также могут быть загрузочными.
В операционных системах DOS и Windows каждому диску можно дополнительно давать имена (label – метка), которые отражают их содержание, например: Системный, Графика, Музыка, Тексты, Дистрибутивы и т. д.
Для того чтобы на новый магнитный диск можно было записать информацию, он должен быть предварительно отформатирован. Форматирование - это подготовка диска для записи информации.
Во время форматирования на диск записывается служебная информация (делается разметка), которая затем используется для записи и чтения информации, коррекции скорости вращения диска. Разметка производится с помощью электромагнитного поля, создаваемого записывающей головкой дисковода.
Запись информации осуществляется по дорожкам, причем каждая дорожка разбивается на секторы, например по 1024 байт. Дискета диаметром 3,5 дюйма объемом 1,44 Мбайт содержит 80 дорожек и 18 секторов. Число дорожек и секторов на жестком диске значительно больше, чем на гибком диске (ориентировочные значения: 2500 дорожек, 63 сектора).
Для жесткого диска характерно еще одно понятие: цилиндр.
Цилиндром винчестера называется совокупность дорожек с одинаковыми порядковыми номерами, расположенных на разных дисках винчестера.
Основные порталы (построено редакторами)