Код. Тайный язык информатики - Чарльз Петцольд

Выход этого 8-битного вентиля ИЛИ-НЕ равен 1, только если все входы равны 0. Как и вход защелки для переноса Clk, вход Clk нулевой защелки сохраняет значение только при выполнении команд «Сложить», «Вычесть», «Сложить с переносом» или «Вычесть с заимствованием». Это сохраненное значение называется флагом нуля. Будьте внимательны: флаг нуля равен 1, если все выходы сумматора равны 0; флаг нуля — 0, если не все выходы сумматора равны 0.

Защелка для переноса и нулевая защелка позволяют дополнить наш репертуар четырьмя командами.

Операция

Код

Загрузить

10h

Сохранить

11h

Сложить

20h

Вычесть

21h

Сложить с переносом

22h

Вычесть с заимствованием

23h

Перейти

30h

Перейти, если 0

31h

Перейти, если перенос

32h

Перейти, если не 0

33h

Перейти, если не перенос

34h

Остановить

FFh

Например, при выполнении команды «Перейти, если не 0» переход к указанному адресу осуществляется только в том случае, если выход нулевой защелки равен 0. Другими словами, никакого перехода не произойдет, если результат выполнения последней команды — «Сложить», «Вычесть», «Сложить с переносом» или «Вычесть с заимствованием» — равен 0. Реализация этого нововведения предполагает дополнение набора управляющих сигналов, которые реализуют обычную команду «Перейти»: при выполнении команды «Перейти, если не 0» сигнал 16-битного счетчика «Задать» равен 1 только при нулевом значении флага нуля.

Следующая последовательность команд, начинающаяся с адреса 0012h, позволяет перемножить два числа.

При первом выполнении этой последовательности команд в ячейках 0004h и 0005h, как мы уже выяснили, хранится 16-битное произведение чисел A7h и 1. Приведенные здесь команды загружают байт из ячейки 1003h в аккумулятор. Его значение — 1Ch. Этот байт прибавляется к значению в ячейке 001Eh, в которой хранится команда «Остановить», представленная действительным числом. Сложение чисел FFh и 1Ch равнозначно вычитанию 1 из числа 1Ch, поэтому результат равен 1Bh. Это значение не равно 0, поэтому флаг нуля — 0. Байт 1Bh сохраняется в ячейке 1003h. Затем выполняется команда «Перейти, если не 0». Флаг нуля не равен 1, поэтому переход происходит. На следующем этапе запускается команда, хранящаяся в ячейке 0000h. Имейте в виду, что команда «Сохранить» не влияет на флаг нуля. На его значение воздействуют только команды «Сложить», «Вычесть», «Сложить с переносом» или «Вычесть с заимствованием», поэтому его значение останется таким, какое было установлено в последний раз, когда отрабатывалась одна из этих команд.

При втором выполнении последовательности команд в ячейках 1004h и 1005h будет содержаться 16-битное произведение чисел A7h и 2. При сложении 1Bh и FFh получается 1Ah. Это значение не равно 0, поэтому мы возвращаемся к началу.

При двадцать восьмом выполнении этой последовательности команд в ячейках 1004h и 1005h будет содержаться произведение чисел A7h и 1Ch. В ячейке 1003h будет храниться значение 1, которое прибавится к FFh, в результате чего получится 0. При этом значение флага нуля станет 1, поэтому вместо команды «Перейти, если 0» будет выполнена команда «Остановить».

Теперь я могу объявить, что нам наконец удалось собрать устройство, которое мы можем на полном основании назвать компьютером. Несмотря на примитивность, это уже компьютер. Его отличие заключается в условном переходе. Контролируемое повторение последовательности команд, или цикл, — это то, что отличает компьютеры от калькуляторов. Я только что продемонстрировал, как команда условного перехода позволяет машине перемножить два числа. Подобным образом она может выполнить и деление. Кроме того, она не ограничивается 8-битными значениями и способна складывать, вычитать, умножать и делить 16-, 24-, 32-битные числа и числа большей разрядности. Это значит, что такая машина может вычислять квадратные корни, логарифмы и тригонометрические функции.

Когда мы собрали компьютер, можем начать использовать соответствующую терминологию.

Собранный компьютер можно классифицировать как цифровой, поскольку он работает с дискретными числами. К другому типу относятся аналоговые компьютеры, которые в настоящее время уже практически не применяются. (Цифровые, или дискретные, данные могут принимать только определенные значения^[21]. Аналоговые данные непрерывны и могут принимать любое значение в заданном диапазоне.)

Цифровой компьютер состоит из четырех основных частей: процессора, памяти, как минимум одного устройства ввода и одного устройства вывода. В нашей машине память — массив RAM емкостью 64 килобайт. Устройства ввода и вывода — ряд переключателей и лампочек на пульте управления массивом RAM. Эти переключатели и лампочки позволяют нам (людям) вводить в память числа и анализировать результаты.

Все остальное — процессор, который также называется центральным процессорным устройством (ЦПУ). В обычной речи процессор иногда называют мозгом компьютера, но я не хотел бы использовать этот термин, поскольку собранное нами устройство совершенно не похоже на мозг. В наши дни часто употребляется слово «микропроцессор» — процессор, который благодаря использованию технологии, которую я опишу в главе 18, отличается очень малыми размерами. К тому, что мы собрали из реле в этой главе, вряд ли применима приставка «микро-».

Созданный нами процессор является 8-битным. Ширина аккумулятора и большинства каналов данных составляет 8 бит. Шестнадцатибитное значение подается только на адресный вход массива RAM. Если бы значение адреса было 8-битным, то вместо 65 536 байт можно было бы адресовать только 256 байт памяти, что было бы значительным ограничением.

Процессор состоит из нескольких компонентов. Я уже упомянул аккумулятор, который представляет собой просто защелку, позволяющую хранить число внутри процессора. Восьмибитный инвертор и 8-битный сумматор нашего компьютера вместе образуют арифметико-логическое устройство (АЛУ). Наше АЛУ выполняет только арифметические операции, в частности сложение и вычитание. В более сложных компьютерах АЛУ может производить такие логические функции, как И, ИЛИ и исключающее ИЛИ. Шестнадцатибитный счетчик называется счетчиком команд.