К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003), страница 6

Буквы и цифры также представляются посредством двоичных кодов. Для них разработано несколько разных схем кодирования. Наиболее распространенными считаются схемы АЯСП (Атег1сап Бсапбагс( Себе 1ог 1п1огтаггоп 1пгегсЬапйе— американский стандартный код для обмена информацией), где каждый символ представлен 7-битовым кодом, и ЕВСР1С (Ехгепдед Вшагу Собеб Пес(ша1 1пгегсЬапйе Себе — расширенный двоично-десятичный код для обмена информацией), в котором для кодирования символа используется 8 бит. Более подробное описание двоичной нотации и схем кодирования приведено в приложении Д.

1.2.1. Устройство ввода Компьютер принимает кодированную информацию через устройство ввода, задачей которого является чтение данных. Наиболее распространенным устройством ввода является клавиатура. Когда пользователь нажимает клавишу, соответствующая буква или цифра автоматически преобразуется в определенный двоичный код и по кабелю пересылается либо в память, либо процессору.

Существует и ряд других устройств ввода, среди которых джойстики, трекболы и мыши. Они используются совместно с дисплеем в качестве графических входных устройств. Для ввода звука могут использоваться микрофоны. Воспринимаемые ими звуковые колебания измеряются и конвертируются в цифровые коды для хранения и обработки. Подробное описание звуковых устройств и принципов их функционирования вы найдете в главе 10. 1.2.2. Блок памяти Задачей блока памяти является хранение программ и данных. Существует два класса запоминакпцих устройств, а именно первичные и вторичные. Первичное запоминающее устройство (рпшагу згогайе) — зто память, быстродействие которой 28 Глава 1. Базовая структура компьютеров определяется скоростью работы электронных схем.

Пока программа выполняется, она должна храниться в первичной памяти. Эта память состоит из большого количества полупроводниковых ячеек, каждая из которых может хранить один бит информации. Ячейки редко считываются по отдельности — обычно они обрабатываются группами фиксированного размера, называемыми словами. Память организована так, что содержимое одного слова, содержащего и бит, может записываться или считываться за одну базовую операпию. Для облегчения доступа к словам в памяти с каждым словом связывается отдельный адрес. Адреса — это числа, идентифицирующие конкретные местоположения слов в памяти. Для того чтобы прочитать слово из памяти или записать его в таковую, необходимо указать его адрес и задать управляющую команду, которая начнет соответствующую операцию. Количество битов в каждом слове часто называют длиной машинного слова.

Обычно слово имеет длину от 16 до 64 бит. Одним из факторов, характеризующих класс компьютера, является емкость его памяти. Малые машины обычно могут хранить лишь несколько десятков миллионов слов, тогда как средние и большие машины обычно способны хранить сотни миллионов слов. Типичными единицами измерения количества обрабатываемых машиной данных являются слово, несколько слов или часть слова. Как правило, за время одного обращения к памяти считывается или записывается только одно слово.

Во время выполнения программа должна находиться в памяти. Команды и данные должны записываться в память и считываться из памяти под управлением процессора. Исключительно важна возможность предельно быстрого доступа к любому слову памяти. Память, к любой точке которой можно получить доступ за короткое и фиксированное время, называется памятью с произвольным досгпупом (КаЫош-Ассезз Мешогу, КАМ).

Время, необходимое для доступа к одному слову, называется временем досгпупа к памяти. Это время всегда одинаково, независимо от того, где располагается нужное слово. Время доступа к памяти в современных устройствах КАМ составляет от нескольких наносекунд до г 00. Память компьютера обычно представляет собой ивраргичвсгагю структуру, состоящую из трех или четырех уровней полупроводниковых КАМ-элементов с различной скоростью и разным размером. Наиболее быстродействующим типом КАМ-памяти является кзш-память (или просто кэш). Она напрямую связана с процессором и часто находится на одном с ним интегрированном чипе, благодаря чему работа процессора значительно ускоряется.

Память большей емкости, но менее быстрая, называется основной памятью (шаш шешогу). Далее в этой главе процесс доступа к информации в памяти описывается подробнее, а в главе 5 детально рассматриваются принципы ее функционирования и вопросы, связанные с производительностью, Первичные запоминающие устройства являются исключительно важными коипонентами для компьютера, но они довольно дороги. Поэтому компьютеры оборудуются дополнительными, более дешевыми вторичными запоминающими устройствами, используемыми для хранения больших объемов данных и большого количества программ. В настоящее время таких устройств имеется достаточно много.

Но наиболее широкое распространение получили магнитные диски, магнитные ленты и оптические диски (СП-КОМ). Эти устройства также описываются в главе 5. 1,2. Функциональная структура компьютера 29 1.2.3. Арифметико-логическое устройство Большинство компьютерных операций выполняется в арифмвтико-логическом устройстве (АЛУ) процессора. Рассмотрим типичный пример. Предположим, нам нужно сложить два находящихся в памяти числа. Эти числа пересылаются в процессор, где АЛУ выполняет их сложение. Полученная сумма может быть записана в память или оставлена в процессоре для немедленного использования. Любые другие арифметические или логические операции, в том числе умножение, деление и сравнение чисел, начинаются с пересылки этих чисел в процессор, где АЛУ должно выполнить соответствующую операцию. Когда операнды переносятся в процессор, они сохраняются в высокоскоростных элементах памяти, называемых регистрами.

Каждый регистр может хранить одно слово данных. Время доступа к регистрам процессора даже меньше времени доступа к самой быстрой кэш-памяти. Управляющее и арифметико-логическое устройства работают во много раз быстрее, чем все остальные устройства, подключенные к компьютерной системе. Это позволяет одному процессору контролировать множество внешних устройств, таких как клавиатуры, дисплеи, магнитные и оптические диски, сенсоры и механические управляющие устройства.

1.2.4. Блок вывода Функция блока вывода противоположна функции блока ввода: он направляет результаты обработки в так называемый внешний мир. Типичным примером устройства вывода является принтер. Для печати в принтерах используются ударные механизмы, головки, выпрыскивающие струи чернил, или технологии фотокопирования, как в лазерных принтерах. Существуют принтеры, способные печатать до 10 000 строк в минуту.

Для механического устройства это огромная скорость, но по сравнению с быстродействием процессора она ничтожно мала. Некоторые устройства, и в частности графические дисплеи, выполняют одновременно и функцию вывода, и функцию ввода. Поэтому они называются устройствами ввода-вывода. 1.2.5. Блок управления Устройства памяти, арифметики и логики, ввода и вывода хранят и обрабатывают информацию, а также выполняют операции ввода и вывода. Работу таких устройств нужно как-то координировать. Именно этим и занимается блок управления.

Это, если можно так выразиться, нервный центр компьютера, передающий управляющие сигналы другим устройствам и отслеживающий их состояние. Управление операциями ввода-вывода осуществляется командами программ, в которых идентифицируются соответствующие устройства ввода-вывода и пересылаемые данные. Однако реальные пгггхронипгруюигив сигналы (11ш1пя з1йпа!з), управляющие пересылкой, генерируются управляющими схемами. Синхронизирующие сигналы — это сигналы, определяющие, когда должно быть выполнено данное действие.

Кроме того, посредством синхронизирующих сигналов, генерируемых блоком управления, осуществляется передача данных между процессором 30 Глава 1. Базовая структура компьютеров и памятью. Блок управления можно представить себе как отдельное устройство, взаимодействующее с другими частями машины. Но на практике так бывает редко. Большая часть управляющих схем физически распределена по разным местам компьютера. Сигналы, используемые для синхронизации событий и действий всех устройств, передаются по множеству управляющих линий (проводов).