С 00 FC

Обобщенные технологии разработки приложений.Идеология объектно-ориентиро­ванного программирования породила CASE-технологии разработки и сборки программ на основе уже известных программных моделей, содержащих интерфейсы и прототи­пы (шаблоны — template) данных: COM(Component Object Model), STL(Standard Template Library), ATL(Active Template Library). Все эти новшества поддерживают визу­альные среды разработки, например, такие известные, как Visual C++, Borland C++ Builder

Архитектура компьютера

Компьютер состоит из центрального процессора (ЦП) и памяти (рис. 1.1). Устройства ввода-вывода могут рассматриваться как частный случай памяти.

Все компоненты компьютера обычно подсоединяются к общей шине. Физически шина — это набор разъемов, соединенных параллельно; логически шина — это спецификация сигналов, которые дают возможность компонентам обмениваться данными. Компьютеры могут иметь дополнительные прямые соединения между компонентами для повышения производительности (путем специализации интерфейса и расширения узких мест). С точки зрения программного обеспечения единственное различие состоит в скорости, с которой данные могут передаваться между компонентами. В ЦП находится набор регистров (специальных ячеек памяти), в которых выполняется вычисление. ЦП может выполнить любую хранящуюся в памяти команду.

Элементарной единицей памяти всех современных компьютеров является байт, состоящий из восьми двоичных разрядов. Каждый байт имеет свой адрес. В наиболее распространенной 32-разрядной архитектуре адреса байтов изменяются от 0 до 2³² - 1 с шагом 1. Память, с логической точки зрения, можно рассматривать как массив байтов: можно прочесть или записать байт с заданным адресом.

Однако физически при работе с памятью по шине передаются не отдельные байты, а машинные слова. В 32-разрядной архитектуре машинное слово — это четыре подряд идущих байта, при этом адрес младшего байта кратен четырем. (В 64-разрядной архитектуре машинное слово состоит из восьми байтов.)

Рассмотрим работу компьютера на простом примере.

Пусть оперативная память имеет размер 256 байт и делится на ячейки (машинные слова) размером 4 байта.

Адреса байтов лежат в интервале от 0 до 255. Но это десятичные адреса. В компьютере они двоичные. 255₁₀ в двоичной системе: 255 = 11111111₂.

Диапазон адресов байтов от 0 до 11111111₂. В шестнадцатеричной системе - от 0 до FF (данная система счисления имеет следующий набор цифр: 0,1,2, …, 9, A, B, C, D, E, F).

Группы из 4 байтов образуют ячейки. Адрес ячейки равен адресу младшего байта, входящего в нее (байта с меньшим номером).

Схематически структуру памяти учебного компьютера можно представить так:

Адреса ячеек	Байты
			0A	0B
0C	0C	0D	0E	0F
..
F8	F8	F9	FA	FB
FC	FC	FD	FE	FF

Рис.1

Адреса ячеек меняются с шагом 4. Первая ячейка имеет адрес 00, последняя - FC. Адреса представляются двузначными шестнадцатеричными числами, что соответствует восьмизначным двоичным числам. Следовательно, при хранении адреса в памяти он занимает 1 байт (8 бит).

Всего в памяти 64 ячейки (256/4). В ячейке может храниться либо число, либо команда программы.

Разрядность адреса (длина адресного кода) равна 8 бит, поэтому размер адресного пространства равен 2⁸=256 байт.

Учебный компьютер (УК) работает только с целыми числами.

Согласно принципу Неймана - принципу хранимой в памяти программы, наряду с данными в оперативную память компьютера помещается программа управления его работой (у процессоров гарвардской архитектуры память для хранения команд и данных разделена). Способ представления программы "понятный" процессору ЭВМ называется языком машинных команд – ЯМК. Программа на ЯМК реализует алгоритм решения вычислительной задачи на компьютере-исполнителе.

Машинная команда должна содержать в себе ответы на следующие вопросы:

• какую операцию выполнить?
• где находятся операнды?
• куда поместить результат операции?
• какую команду выполнять следующей?

Пусть машинные команды имеют трехадресную структуру (формат). Это значит, что ячейка, в которой храниться команда, делится на 4 части (по одному байту на каждую часть). Будем их обозначать следующим образом: КОП - код операции, А1 - адрес первого операнда, А2 - адрес второго операнда, А3 - адрес результата.

КОП

А1

А2

А3

Операндами называют данные, с которыми производится операция. В арифметических операциях это слагаемые, сомножители, уменьшаемое и вычитаемое, делимое и делитель.

Вот пример команды сложения двух чисел:

КОП	А1	А2	А3
			4С

где	01 - это код операции сложения;
	44 – адрес ячейки, в которой хранится первое слагаемое;
	48 - адрес ячейки, в которой хранится второе слагаемое;
	4С - адрес ячейки, в которую помещается результат (сумма).

Для всех арифметических операций ответ на вопрос: "Какую команду выполнять следующей?" всегда одинаковый - следующей выполняется команда, находящаяся в следующей ячейке.

Записывать команды будем в шестнадцатеричной форме. В памяти ЭВМ команда имеет двоичный вид. Используя связь между двоичной и шестнадцатеричной системами, легко получить внутреннее представление приведенной команды.

КОП	А1	А2	А3
0000 0001	0100 0100	0100 1000	0100 1100

В табл.1 содержится система команд нашего УК.

Запись (A1) + (A2) ==> A3 надо понимать так: содержимое ячейки с адресом A1 сложить с содержимым ячейки с адресом A2 и результат записать в ячейку A3; (A1) ==> A3 - содержимое ячейки A1 занести (скопировать) в ячейку A3.

Таблица 1.

КОП	Операция	Пояснение
	Пересылка	(A1) ==> A3
	Сложение	(A1) + (A2) ==> A3
	Вычитание	(A1) - (A2) ==> A3
	Умножение	(A1) x (A2) ==> A3
	Деление нацело	(A1) div (A2) ==> A3 целая часть от деления
	Получение остатка от деления нацело	(A1)mod(A2)==>A3 остаток от деления нацело
	Останов	Прекращение выполнения программы
FF	Пустая команда	При выполнении пропускается

Каждое число, участвующее в расчетах, занимает ячейку памяти. Программист должен сам распределять память под данные. Команды программы тоже занимают память.

Пусть, например, требуется вычислить выражение (А + B) x C.

Под величины А, В, С выделим ячейки памяти с адресами:

А	В	С

Результат вычисления выражения поместим в ячейку 2С.

Адрес	КОП	А1	А2	А3	Пояснение
0C				2C	(20) + (24) ==> 2C	A+B
10		2C		2C	(2C) x (28) => 2C	(A+B) x C

В графе "Адрес" указываются номера ячеек, в которых располагаются команды. Команды этой программы выполняются в "естественном порядке" возрастания адресов: сначала 0С, затем 10.

Ячейке 2С значение присваивается дважды: сначала результат суммирования, затем - умножения. Первый результат - промежуточный, второй - окончательный.

Эта программа не может быть исполнена. Во-первых, не определены значения исходных данных А, В, С. Во-вторых, пользователь не сможет узнать результаты вычислений, поскольку они останутся внутри памяти, в ячейке 2С, а в нее не заглянешь.

Исходные данные задаются вводом.

Ввод - это занесение данных в оперативную память через устройства ввода.Пусть устройством ввода является клавиатура.

Результаты вычислений должны быть выведены - это отражение информации из оперативной памяти на устройствах вывода. (дисплей).

Договоримся о следующем способе организации ввода-вывода. С клавиатурой и дисплеем связана последняя ячейка памяти - ячейка FC. Будем называть ее буферной ячейкой ввода-вывода.

При вводе набираемое на клавиатуре значение попадает в ячейку FC. На дисплее постоянно отражается содержимое ячейки FC в шестнадцатеричном виде. Поэтому для вывода значения из любой ячейки памяти его надо переслать в буферную ячейку FC.

Ячейка FC выполняет роль своеобразной видеопамяти. На индикаторе пользователь всегда видит содержимое ячейки FC.

Структура команды пересылки следующая:

А1

- -

А3

Эта команда, фактически, двухадресная. Содержимое второго адреса (А2) не влияет на ее исполнение (в дальнейшем на месте второго адреса будем писать нули). В результате выполнения команды пересылки значение в ячейке А3 становится равным (А1). При этом значение в ячейке А1 не меняется. Иначе это называется так: ячейке А3 присваивается значение ячейки А1.

Поясним на примере. Пусть в 10-й ячейке находится число 5, а в 20-й ячейке число 7:

	A1	A3
адрес
содержимое

После выполнения команды 00 10 00 20 их значения станут одинаковыми

	A1	A3
адрес
содержимое

Вернемся к нашей программе. На дисплей нужно вывести результат вычислений, полученный в ячейке 2С. Для этого его следует присвоить ячейке FC. Значит, команда вывода будет такой:

Ввод значения А в ячейку 20:

Дата добавления: 2014-01-11