Работа с отрицательными числами

Двоичная дополнительная арифметика

Седьмое поколение процессоров х86

Шестое поколение

В шестом поколении процессоров произошло уменьшение рабочего напряжения с 5 В до 3,3 В. Это позволило уменьшить размеры микроэлементов, значительно снизить тепловыделение и, тем самым, поднять рабочую частоту без угрозы перегрева.

К этому поколению относятся процессоры Pentium 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166 и 200. В шестом поколении процессоров Pentium есть возможность внутреннего умножения рабочей час­тоты. Они работают на частотах 50, 60 и 66 МГц. Коэффициент умножения задается при установке процессора и может быть равен 1,5; 2; 2,5 или 3. Например, процессор Pentium 150 может работать с внешней частотой 50 или 60 МГц с коэффициентом умножения 3 или 2,5.

К последнему (ко времени написания учебного пособия), седь­мому поколению процессоров х86 относятся процессоры Pentium ММХ, Pentium Pro и Pentium П.

Основное отличие процессоров Pentium ММХ от процессоров шес­того поколения в том, что они имеют дополнительные инструкции в системе команд и несколько новых 64-разрядных регистров. В таких регистрах можно обрабатывать байты, слова, двойные слова и учетверенные слова. Эти особенности позволяют процессорам Pentium ММХ обрабатывать информацию от звуковых и графи­ческих устройств.

Процессоры Pentium Pro могут выполнять несколько инструкций одновременно (или почти одновременно), благодаря чему значи­тельно увеличилось число команд, выполняемых в секунду. Эти процессоры имеют большие объемы кэш-памяти, достигающие в некоторых моделях 1 Мбайт.

Самым высокопроизводительным процессором семейства сегодня является процессор Pentium И. Он объединяет достижения архитектуры и системы команд процессоров Pentium ММХ и Pentium Pro и уже не укладывается в одну отдельную микросхему, а поставляется в виде картриджа (закрытого блока), имеющего собственный вентилятор.

Самые передовые процессоры Pentium II работают с внешней часто­той 100 МГц и выше и выполняют внутреннее умножение частоты с коэффициентами 3,5 и 4 (Pentium II 350 МГц и Pentium II 400 МГц). Имеется информация о выпуске процессора Pentium II 500 МГц (внешняя частота 125 МГц с внутренним умножением на коэффициент 4).

Внимательный читатель, наверное, обратил внимание на то, что мы пока ни слова не сказали об отрицательных числах. Одним байтом выражаются целые числа от 0 до 255, одним словом (двумя байтами) выражаются числа от 0 до 65535 (64 Кбайт), а двойным словом (четырьмя байтами) — числа от 0 до 4294967295 (4 Гбайт). А как же процессор работает с отрицательными числами?

На этот случай у него есть специальная арифметика, которую называют двоичной дополнительной арифметикой. Она несколько отличается от обычной двоичной арифметики.

В двоичной дополнительной арифметике байт выражает числа от -128 до +127, включая 0, то есть тоже 256 различных чисел. Признаком отрицательного числа является включенный старший бит.

Если число 16-разрядное, то оно состоит из двух байтов, и в нем тоже один бит отдан на знак — это самый старший бит старшего байта. Оставшиеся 15 битов позволяют выразить числа от -32768 до +32767, то есть, те же 64 Кбайт разных чисел, что и в обычной двоичной арифметике.

Осталось только выяснить, как процессор «угадывает», когда он имеет дело с числом, записанным в обычной двоичной арифме­тике, а когда — с числом, имеющим знак.

Давайте вспомним, что скрывается за байтами. Байтами могут выражаться адреса ячеек памяти, коды команд процессора, буквы и символы, цвета точек рисунков, коды звуков и многое другое. Никаким кодам и адресам отрицательные значения не нужны. В наборе команд процессора имеются сотни инструк­ций, вполне обходящиеся без отрицательных чисел. И лишь двум инструкциям знак числа важен — это сложению и вычитанию.

Двоичная дополнительная арифметика позволяет процессору работать с отрицательными числами точно так же, как и с положительными.

Дата добавления: 2017-01-13