3. Логические операции над битовыми наборами

Логические операции над битовыми наборами выполняются поразрядно в соответствии с таблицей 2.1.

Таблица 2.1

В случае многоразрядных битовых наборов операнды удобно представлять в компактной форме как целые числа в 16-ричной СС, учитывая, что одна цифра представляет тетраду (4 бита), и в таком же виде выполнять логические операции.

4. Представление и обработка символов.

Представление символьной информации основано на сопоставлении каждому символу определенной числовой (обычно двоичной) комбинации. Совокупность символов и назначенных им числовых кодов образует таблицу кодировки. В настоящее время известно много таблиц кодировки, но их объединяет весовой принцип, также называемый принцип лексикографического упорядочения кодов символов. Суть его состоит в том, что коды цифр возрастают по мере увеличения цифры, а коды буквенных символов увеличиваются в алфавитном порядке. Так, код буквы «Б» на 1 больше кода буквы «А». Это упрощает обработку символьной информации, в частности, облегчает сортировку, упорядочивание и поиск символьных данных.

Наиболее известной таблицей кодировки является ASCII – код (American Standard Code for Information Interchange), использующий для кодирования символа 7 информационных бит + 1 бит контроля четности. Он позволяет представить 128 символов, включающих латинские буквы, знаки пунктуации и знаки математических операций. Его отечественный аналог называется КОИ-7. Позже появилась его европейская модификация Latin 1 (стандарт ISO 8859), использующий для кодирования все 8 бит и позволяющий представить буквы европейских языков, а также математических и финансовых символов. В зависимости от набора символов различают разные версии стандарта: ISO 8859-1 (западно-европейские языки), ISO 8859-2 (языки стран центральной и восточной Европы), ISO 8859-5 (языки славянских стран с кириллицей) и т.д. В операционной системе MS-DOS стандарт ISO 8859 реализован в виде кодовых страниц (Code Page), каждая из которых имеет свой идентификатор. Так, кодовая страница России имеет идентификатор CP866.

Недостаточное количество кодовых комбинаций в стадарте ISO 8859 привело к тому, что в 1993 году ряд ведущих IT – компаний (IBM, Microsoft, Apple, DEC, Hewlett-Packard) разработали 16-битовый стандарт ISO 10646, названный UCS (Universal Character Set) или Unicode, который позволяет кодировать до 65536 символов. Для букв русского языка выделены коды 1040 ÷ 1093.

Следует заметить, что при вводе символов путем нажатия клавиш на клавиатуре ВМ для повышения надежности получения кода символа используются, так называемые скан-коды, различающие код нажатой и отпущенной клавиши, например, по старшему биту однобайтного кода символа: 1 – клавиша нажата, 0 – отпущена. Для современных клавиатур существуют различные системы скан-кодов и способов сообщения об отпускании клавиши.

5. Представление видеоинформации и аудиоинформации.

Рассмотренные ранее виды информации имели чисто статический характер. В современных ВМ также используются виды информации динамического или смешанного типа.

1. Видеоинформация.

Видеоинформация (ВИ) бывает статической и динамической. К статической ВИ относятся рисунки, графики, чертежи, таблицы и т.п. К динамической ВИ - видео- и слайд-фильмы. Динамическая ВИ исполь- зуется либо для передачи движущихся изображений (анимация), либо для последовательной демонстрации отдельных кадров.

При этом существует два способа представления графических изображений: матричный (растровый) и векторный. В матричных форматах изображение представляется матрицей точек - пикселов (picture element), положение которых в матрице соответствует координатам точек на экране. Каждый пиксел характеризуется большим количеством атрибутов, определяющих цвет, фон, яркость и другие свойства и может занимать до 30 бит. Учитывая, что количество пикселов на экране может быть более миллиона, основным недостатком матричной графики является требование большого объема памяти для хранения изображений и необходимость сжатия данных. К распространенным матричным форматам относятся BMP, GIF, JPEG,PNG.

Векторное представление описывает изображение не пикселами, а кривыми – сплайнами. Сплайн – гладкая кривая, проходящая через несколько (2-4) опорных точек, задающих форму сплайна. В векторной графике распространены сплайны на основе кривых Безье. Любую элементарную кривую можно построить, зная четыре коэффициента Р0, Р1, Р2, Р3, соответствующих четырем точкам на плоскости. Перемещение точек влечет изменение формы кривой. Для многих видов изображений их описание с помощью математических формул является более простым способом благодаря легкости масштабирования и существенно меньшим требованиям к памяти. Недостатком векторных изображений является необходимость разбиения изображений на множество составляющих его примитивов (линия, прямоугольник, эллипс) и более низкое качество. К распространенным векторным форматам относятся CDR, DXF, PS, SVG, VSD.

2. Аудиоинформация

Аудиоинформация имеет чисто динамический характер и связана с представлением звуковых сигналов, частоты которых лежат в диапазоне 15 Гц ÷ 20 КГц, являющихся по своей природе непрерывными (аналоговыми). Поэтому для использования в ВМ аудиоинформация должна быть представлена в виде значений (выборок), взятых через определенные интервалы времени, и преобразована в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). После обработки в ВМ для воспроизведения звуковые сигналы должны быть восстановлены в аналоговую форму с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Для обеспечения высокого качества воспроизведения требуется большое количество выборок и соответственно большая емкость памяти для хранения аудиоинформации. Это приводит к необходимости использования различных методов сжатия данных для сокращения требуемого объема памяти. К распространенным форматам представления аудиоинформации следует отнести AVI, WAV, AIF, MPEG.

3. Организация процессора и основной памяти вм

В разделе идет речь о машинах с контроллерным управлением, в которых порядок выполнения команд явно задается программой. Машины с потоковым управлением и машины с запросным управлением (редукционные) в данном курсе не рассматриваются.

Процессор выполняет две функции:

- обработка данных в соответствии с заданной программой;

- управление всеми устройствами машины.

Управление в соответствии с заданной программой представляется в виде последовательности команд, представленных в цифровой форме (кодированных). Структура каждой команды состоит из двух частей: операционной и адресной. Операционная часть задает код операции и режим ее выполнения. Адресная часть содержит сведения о размещении операндов (входные данные и результат операции) в виде:

- непосредственно самих значений данных;

- адресов расположения данных в памяти;

- сведений для определения адресов размещения данных в памяти.

Формирование исполнительного адреса – этап перехода от сведений об адресе к самому адресу. В адресной части могут быть сведения об отсутствии операндов (нуль-адресная или безадресная команда ) и адресации от одного (одноадресная команда) до трех операндов (трехадресная команда).

3.1. Типовая структура процессора и основной памяти

Типовая структура центральной части ВМ – процессора и основной памяти представлена на рис. 3.1.

А

Д

У

Операционная часть {_j} Управляющая часть {_i} Память

АЛУ Внутренние Рг РАП

{У _j } {У_i}

РОНы Рг СС РДП

ПСч Накопитель

Рг команд Контроллер памяти

Рг УиС

ДешКОПиРА

ФормировательУС

ЦП ГТ

Рис. 3.1

На схеме, показанной на рис. 3.1, использованы следующие компоненты процессора и памяти:

• АЛУ – арифметико-логическое устройство выполняет операции по обработке данных;

• РОНы – регистры общего назначения (от 8 до нескольких сотен штук) – сверхбыстрая память малой емкости для хранения операндов;

• Рг СС – регистр слова состояния. Содержит текущее состояние процессора, в который входит уровень приоритета текущей программы, биты условий {_j}завершения последней команды, режим обработки текущей команды. Возможны следующие режимы обработки (в порядке возрастания уровня приоритета):

- User Mode – режим пользователя; в этом режиме не могут выполнятся системные команды (команды изменения состояния процессора и команды ввода-вывода);

- SuperVisor Mode – режим супервизора; обеспечивается выполнение всех команд ввода- вывода;

- Kernel Mode – режим ядра; в нем возможно выполнение всех команд процессора;

• ПСч – программный счетчик. Содержит адрес текущей команды и автоматически наращивается для подготовки адреса следующей команды (исключение составляет команда перехода);

• Рг Команд – регистр команд. Содержит код исполняемой в данный момент команды;

• ДешКОПиРА – дешифратор кода операции и режимов адресации;

• Формирователь УС – формирователь управляющих сигналов { У_i };

• РАП - регистр адреса памяти; РДП - регистр данных памяти;

• Рг УиС – регистр управления и состояния контроллера памяти.