Компьютер изнутри

компьютеры – складывают и умножают аналоговые (непрерывные) сигналы
цифровые компьютеры –

Программа – это последовательность команд, которые должен выполнить компьютер.
Команда – это описание операции:
код операции
операнды – исходные данные (числа) или их адреса
результат (куда записать).

микросхема, которая обрабатывает информацию и управляет всеми устройствами компьютера.
АЛУ –

одно число).
Байт – это наименьшая ячейка памяти, имеющая

Слово = 2 байта

Двойное слово = 4 байта

(процессора, ОЗУ, внешних устройств).
Принстонская архитектура (фон Неймана):
процессор
ОЗУ (программа и данные)
устройства вывода
устройства

прямой доступ к памяти

Гарвардская архитектура – программы и данные хранятся в разных областях памяти.

прямой доступ к памяти

скорость (одновременно читаем команду и данные)

нужно больше контактов у процессора

о машине EDVAC» (1945)
Принцип двоичного кодирования: вся информация кодируется в двоичном

котором хранится адрес следующей команды.
IP
Команда, расположенная по этому

AB3D16

по адресу AB3D16

одной задачи, по одной программе)

(доступная цена, размеры, характеристики).
1977 Apple-II
1981 IBM PC
(personal computer)
ЕС-1841

обрабатывают информацию (процессор и вспомогательные микросхемы, память)
схемы, управляющие другими устройствами

конкуренция, удешевление устройств
производители могут изготавливать новые совместимые устройства
пользователь может собирать ПК «из кубиков»

имеют несколько устройств.
Контроллер – электронная схема, управляющая внешним устройством по

контроллеры

1 байт = 8 бит
диапазон значений 0…255,

биты

младший

старший

старший полубайт
старшая цифра

младший полубайт
младшая цифра

416

E16

10011102 = 4E16 = ‘N’

диапазон значений 0…65535, 0…FFFF16 = 216-1
Си: unsigned short int Паскаль:

биты

старший байт

младший байт

4D16

7A16

1001101011110102 = 4D7A16

Длинное целое без знака
память: 4 байта = 32 бита диапазон значений 0…FFFFFFFF16 = 232-1
Си: unsigned int Паскаль: dword, longword

даст 0.
1 байт: FF16 + 1 = 1

Целые числа со знаком

Старший (знаковый) бит числа определяет его знак. Если он равен 0, число положительное, если 1, то отрицательное.

не помещается в 1 байт!

-1

-1

коде.
Решение:
Перевести число a–1 в двоичную систему.
Записать результат в разрядную сетку

= – 78

знаковый бит

78 =
78 =
+

8 бит диапазон значений:
max
min

можно работать с отрицательными числами

уменьшился диапазон положительных чисел

127

– 128

бит
диапазон значений
– 32768 … 32767



Си: short

отрицательное (перенос в знаковый бит).
+
64
64
– 128

(перенос за границы разрядной сетки).
+
– 128
0
– 128
1
в специальный бит

и наоборот.
Си:
Паскаль:
int n;
n = ~n;
var n: integer;
n := not n;

& CC16 = 4816
x & 0 =
x &

0

x

маске равны «0».
Задача: обнулить 1, 3 и 5 биты числа,

маска

D16

516

Си:

Паскаль:

int n;
n = n & 0xD5;

var n: integer;
n := n and $D5;

биты 2…5 – нулевые.
маска
316
С16
Си:
Паскаль:
if ( n & 0x3C == 0

if (n and $3C) = 0
writeln ('Биты 2-5 нулевые.')
else writeln ('В битах 2-5 есть ненулевые.');

= DF16
x ИЛИ 0 =
x ИЛИ 1 =

1

x

2…5 равными 1, не меняя остальные.
маска
316
С16
Си:
Паскаль:
n = n | 0x3C;
n

^ CC16 = 9716
x XOR 0 =

НЕ x

x

не меняя остальные.
маска
316
С16
Си:
Паскаль:
n = n ^ 0x3C;
n := n xor

0) xor 0 =
0
1
(0 xor 1) xor 1 =
(1 xor

0

1

(X xor Y) xor Y = X

код (шифр)

Шифровка: выполнить для каждого байта текста операцию XOR с байтом-шифром.
Расшифровка: сделать то же самое с тем же шифром.

n >> 1;
n := n shl 1;
n := n shr

в бит
переноса

shift left

shift right

(деления без остатка) на 2.
1011012
10110102
сдвиг влево
сдвиг вправо
45
90

–
n = -6;
n = n >> 1;
– 6
– 3

цвете пикселя в RGB:
Выделить в переменные R, G, B составляющие

Си:

G = (n & 0xFF00) >> 8;

Паскаль:

G := (n and $FF00) shr 8;

байт.
Обнулить все биты, кроме G. Маска для выделения G: 000000FF16
Си:
G

Паскаль:

G := (n shr 8) and $FF;

2
101,0112
2 1 0 -1 -2 -3
разряды
= 1·22 +

,750

0

0,75
 2

,50

1

0,5
 2

,0

1

0,7 = ?

0,7 = 0,101100110…
= 0,1(0110)2

Многие дробные числа нельзя представить в виде конечных двоичных дробей.

Для их точного хранения требуется бесконечное число разрядов.

Большинство дробных чисел хранится в памяти с ошибкой.

0,0112

знак (1 или -1)
M – мантисса,
e – порядок
M = 0

15,625 =

1111,1012 =

11,1111012 23

знак

порядок

мантисса

3,375 =

Пример:

754)
15,625 = 11,1111012 23
s = 1 e

Знаковый бит:
0, если s = 1
1, если s = – 1

Порядок со сдвигом:
p = e + E (сдвиг)

Дробная часть мантиссы:
m = M – 1

бита
p = e+127 = 130
=100000102
m = M

3,375 =

1,12 21 = 0,112 22
Мантиссы складываются

5,5 + 3 = 101,12 + 112 = 8,5 = 1000,12

22 = 0,101012 23
Мантиссы вычитаются
1,010112
–

10,75 – 5,25 = 1010,112 – 101,012 = 101,12 = 5,5

1,1

7  3 = 1112  112 = 21 = 101012

3 = 1,12  21
1,0001012 :

17,25 : 3 = 10001,012 : 112 = 5,75 = 101,112