3. Арифметико-логические операции с различными данными

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — блок процессора, который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и логических преобразований (начиная от элементарных) над данными, называемыми в этом случае операндами. Разрядность операндов обычно называют размером машинного слова.

Все выполняемые в АЛУ операции являются логическими операциями (функциями), которые можно разделить на следующие группы:

• операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;

• операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей точкой;

• операции десятичной арифметики;

• операции индексной арифметики (при модификации адресов команд);

• операции специальной арифметики;

• операции над логическими кодами (логические операции);

• операции над алфавитно-цифровыми полями.

Современные ЭВМ общего назначения обычно реализуют операции всех приведённых выше групп, а малые и микро-ЭВМ, микропроцессоры и специализированные ЭВМ часто не имеют аппаратуры арифметики чисел с плавающей точкой, десятичной арифметики и операций над алфавитно-цифровыми полями. В этом случае эти операции выполняются специальными подпрограммами.

К арифметическим операциям относятся сложение, вычитание, вычитание модулей («короткие операции») и умножение и деление («длинные операции»). Группу логических операций составляют операции дизъюнкция (логическое ИЛИ) и конъюнкция (логическое И) над многоразрядными двоичными словами, сравнение кодов на равенство. Специальные арифметические операции включают в себя нормализацию, арифметический сдвиг (сдвигаются только цифровые разряды, знаковый разряд остаётся на месте), логический сдвиг (знаковый разряд сдвигается вместе с цифровыми разрядами). Обширна группа операций редактирования алфавитно-цифровой информации. Каждая операция в АЛУ является логической функцией или последовательностью логических функций описываемых двоичной логикой для двоичных ЭВМ, троичной логикой для троичных ЭВМ, четверичной логикой для четверичных ЭВМ, десятичной логикой для десятичных ЭВМ и т. д.

2. Способы отображения информации

2. 1. Представление памяти, виды памяти и способы работы с ней. Видеопамять, организация вывода изображения на экран

В настоящее время вид стандарта, поддерживаемого монитором не является критичным, и не так важен при выборе монитора, как это было десять лет назад. Тем не менее, даем их описания, чтобы почувствовать этапы развития видеоподсистемы.

Монитор и видеопамять работают вместе и поддерживают разные стандарты. Современные компьютеры в системах Windows работают в стандарте SVGA и более ранние стандарты не используют. Сразу после включения компьютера может использоваться не режим SVGA, а более ранние стандарты. Режимы работы при программировании на таких языках как Бейсик и Паскаль также используют ранние стандарты представления информации.

Одним из первых стандартов являлся MDA (Monochrom Display Adapter - монохромный адаптер дисплея), разработанный в начале 80-х годов компанией IBM. Этот режим отображает два цвета: либо черный/белый, либо зеленый/белый без градаций оттенков. Карта МDА позволяет отображать 80 столбцов на 25 строк из общего числа 720 x 350 пикселов. (720/9=80 и 350/14=25), при этом адресуются не пикселы, а знакоместо, то есть место, где изображается символ. Данный режим довольно просто организовать, но он имеет возможность вывода только текстовой информации, а не графической, при этом отображаются хорошо читаемые символы. Этот стандарт уже практически не используется.

Следующим стандартом является CGA (Color Graphics Adapter - цветной графический адаптер), также разработанный компанией IBM. В этом стандарте, помимо текстового, может использоваться и графический режим. В текстовом режиме поддерживается 25 строк и 80 столбцов, а в графическом - 640 столбцов по 200 строк, или 640 x 200 для двуцветного изображения, или 320 x 200, то есть более грубое разрешение с цветовой гаммой из 4-х цветов (из 16 цветовой палитры). Дисплей может отображать, в принципе, 16 цветов, но в каждый момент времени только 4 из 16 цветов. Этот стандарт в настоящее время также практически не используется. На рисунке справа показано представление символы «В».

В начале 80-х годов был разработан стандарт HGA (Hercules Graphes Card - графический адаптер), который также называют Геркулес по названию компании, которая его разработала (Hercules). Карта способна поддерживать разрешение 720 x 348 пикселов в графическом режиме, в текстовом режиме символ представляется в формате 9 x 14 пикселов, что обеспечивает удобное воспроизведение символов для глаза.

У карты Hercules оперативная память видеокарты составляет 128 Кб для графической информации. Отметим, что для всех текстовых режимов, для представления информации на экране в памяти необходимо всего 2 Кб (80 x 25= 2000) из расчета один байт на один символ, или 4 килобайта для двух байт на символ. В контроллере Геркулес, помимо кода символа, хранящегося в 1 байте (всего может быть 256 разных значений) имеется атрибут, где указывается дополнительные параметры, использующий еще один байт. Это может быть: подчеркивание (символ с подчеркиванием, например, “а”), мигание (указанный символ будет мигать, можно создать цепочку символов, которая будет периодически мигать, чтобы выделить какое-либо сообщение), инверсия (можно печатать символ, например, белым на черном, или с инверсией черным на белом фоне).

Стандарт EGA (Enhanced Graphics Adapter - усовершенствованный графический адаптер) обеспечивает разрешение 640 x 350 пикселов и создает символьную матрицу 8x14 точек или 8x8 точек, что позволяет получать 44 строки. Хотя в основном редко кто пользуется этим режимом, он использовался при выводе на экран разного рода таблиц. Режим EGA позволяет отображать 16 цветов из 64-цветовой палитры. Одним из важнейших преимуществ данной карты по сравнению с предыдущими является возможность программно загружать шрифт в видеопамять, что позволило работать с кириллицей.

Каждая следующая видеокарта нового стандарта позволяет работать не только в данном стандарте, но и в ранее разработанных стандартах. Так, видеокарта со стандартом EGA может работать и в стандартах HGA, CGA и MDA. Однако карта CGA не может работать в стандарте EGA. Этот принцип работает не только в техническом, но и в программном обеспечении. Все старые программы могут работать и на современных компьютерах, однако не все разработанные в последнее время современные программы можно запускать на старых компьютерах, например, систему Windows нельзя запустить на компьютере с процессором серии 8086.

Для переключения видеокарты из одного режима в другой использовались переключатели на видеокартах. Учитывая, что многие компании используют разные переключатели, для определения их предназначения необходимо при покупке видеокарты требовать паспорт данного устройства.

Для стандарта EGA каждый цвет представлялся до четырех бит, причем каждый бит хранился в разных местах, так называемых цветовых плоскостях. В каждом слое один байт отражает характеристики восьми пикселов. Для восьми пикселов используются четыре байта, которые находятся в разных, не в соседних местах. В этом случае можно записывать информацию одновременно в разные области памяти, что приводит к повышению быстродействия видеосистемы. Для следующих видов представления цветов, когда требуется более четырех бит, используется уже линейная организация, при которой в одном байте или двух соседних находится вся информация о пикселе.

Стандарт EGA продержался недолго. Вскоре был выпущен следующий стандарт - VGA (Video Graphics Adapter - видеографический адаптер), который был представлен компанией IBM в 1987 г. Стандарт VGA обеспечивает разрешение 640 x 480 пикселов с 16 миллионами цветов. Однако на самом деле, в зависимости от количества видеопамяти, карта реально поддерживает до 256 цветов.

Старые модели имели 8-разрядные карты, что требовало 256 Кб видеопамяти, но потом стали выпускаться 16-разрядные с памятью 512 Кб. Данные стандарты были закреплены в качестве единого для всех компаний-производителей.