Структура памяти компьютера и представление чисел

Сейчас вам предстоит познакомиться с устройством и работой компьютера. Это знакомство не будет выходить за рамки архитектуры ЭВМ. Напомним, что архитектурой ЭВМ называется описание структуры и принципов работы компьютера без подробностей технической реализации, то есть без электронных схем и прочих конструктивных деталей. Чтобы «не забираться внутрь» реального компьютера, это было бы слишком сложно, мы опишем архитектуру гипотетического учебного компьютера. Он называется «Учебный компьютер Нейман», или сокращенно «УК Нейман». Это название подчеркивает тот факт, что архитектура учебного компьютера соответствует принципам Дж. фон Неймана. Возможности нашего учебного компьютера очень ограничены по сравнению с реальными ЭВМ. «УК Нейман» предназначен для выполнения арифметических расчетов с целыми числами.

Структура памяти «УК Нейман»

Объем памяти учебного компьютера — 256 байт. Десятичные адреса байтов лежат в интервале от 0 до 255. Но в компьютере они двоичные. Переведем число 25510 в двоичную систему. Конечно это можно сделать делением на 2, но можно и короче:

255 = 256 - 1 = 2⁸ - 1 = (100000000 - 1)₂ = 11111111₂.

Следовательно, диапазон адресов байтов от 0 до 11111111₂. В шестнадцатеричной системе это соответствует диапазону от О до FF. Группы из четырех байтов образуют ячейки памяти.

Ячейка — это часть памяти, вмещающая в себя информацию, доступную для обработки отдельной командой процессора.

В «УК Нейман» в ячейке памяти может храниться одно число или одна команда программы.

Содержимое ячейки памяти называется машинным словом.

Следовательно, в «УК Нейман» машинное слово — это двоичная информация размером в 32 бита (4 байта).

Схематически структура памяти «УК Нейман» показана на РИСУНКЕ 1.

РИСУНОК 1. Структура памяти «УК Нейман»

Адреса ячеек	Байты
			ОА	0В
ОС	ОС	OD	ОЕ	OF
...
FC	FC	FD	FE	FF

Адрес ячейки равен адресу младшего из составляющих ее байтов (байта с меньшим номером). Адреса ячеек учебного компьютера меняются с шагом 4. Первая ячейка имеет адрес 00, вторая — 04 и так далее, последняя — FC. Всего в памяти «УК Нейман» 64 ячейки (256/4).

Договоримся в дальнейшем не путать два понятия: адрес ячейки и значение ячейки памяти.

Адрес ячейки — это ее номер; значение ячейки — это ее содержимое.

Адреса представляются двузначными шестнадцатеричными числами, что соответствует восьмизначным двоичным числам. Следовательно, при хранении адреса в памяти он занимает 1 байт (8 бит).

Примечание. Размер памяти компьютера и длина адресного кода однозначно связаны между собой через понятие «адресное пространство». Адресное пространство — это совокупность байтов памяти, к которым можно обратиться с использованием машинного адреса. Если адресный код содержит n бит, то размер адресного пространства равен 2ⁿбайт. В «УК Нейман» n = 8, поэтому размер адресного пространства равен 28 = 256 байт.

Дата добавления: 2015-08-13