2.4.4Арифметические операции

Хотя мы уже обсуждали арифметические операции сложения, вычитания, умножения и деления, следует сделать еще несколько замечаний. Прежде всего, как указывалось в главе 1, многие операции можно выразить через операции сложения и отрицания. По этой причине некоторые небольшие компьютеры выполняют только команды сложения.

Также стоит упомянуть, что каждая операция имеет свои разновидности. Мы уже показывали это на примере операции сложения, которая имеется в нашей машине. Например, если нужно найти сумму значений, хранящихся в двоичном дополнительном коде, то можно просто выполнить двоичное сложение. Однако если слагаемые являются представлениями с плавающей точкой, то для их сложения нужно извлечь мантиссу каждого, выполнить сдвиг влево или вправо в зависимости от экспоненты, проверить знаковые разряды, сложить и перевести результат в представление с плавающей точкой. Хотя обе эти операции и являются операциями сложения, в каждом случае машина выполняет разные действия. Поэтому если говорить только о машине, то эти операции вообще не имеют ничего общего.

2.5 Связь с другими устройствами

Оперативная память и центральный процессор составляют ядро компьютера. В этом разделе мы рассмотрим, как это ядро, которое мы будем называть компьютером, взаимодействует с периферийными устройствами, такими как запоминающие устройства, принтеры, клавиатура, мышь, монитор и даже другие компьютеры.

2.5.1Связь через контроллер

Взаимодействие между компьютером и другими устройствами обычно проходит через промежуточное устройство, которое называется контроллером (controller). Если говорить о персональном компьютере, то контроллер представляет собой монтажную плату, которая вставляется в гнездо главной монтажной платы компьютера (motherboard — материнской платы). Контроллер с помощью кабелей соединен с периферийными устройствами, находящимися внутри компьютера, или с соединительными разъемами, к которым подключаются внешние устройства. Часто контроллер сам является небольшим компьютером, обладающим своей собственной запоминающей схемой и центральным процессором, который выполняет программу, управляющую действиями контроллера.

Контроллер конвертирует сигналы и данные в обоих направлениях в форматы, совместимые с внутренними характеристиками компьютера и характеристиками периферийного устройства, которые он соединяет. Таким образом, каждый контроллер создается для определенного устройства. Поэтому новые периферийные устройства иногда продаются вместе с контроллером. Контроллер, который использовался для старого дисковода, может быть несовместим с новым дисководом.

Когда контроллер вставляется в гнездо материнской платы, он подсоединяется к той же шине, которая соединяет центральный процессор и оперативную память (рис. 2.10). Поэтому каждый контроллер может отслеживать сигналы, выдаваемые в шину центральным процессором и оперативной памятью, а также добавлять свои собственные сигналы.

В частности, центральный процессор способен взаимодействовать с контроллерами, подключенными к шине, так же как он взаимодействует с оперативной памятью. Для того чтобы послать цепочку битов контроллеру, прежде всего ее

нужно поместить в один из регистров общего назначения, после чего выполнить команду, подобную команде сохранения, чтобы «сохранить» код в контроллере. Точно так же, для того чтобы получить цепочку битов от контроллера, исполняется команда, похожая на команду загрузки. В некоторых компьютерах предусмотрены дополнительные коды операции для этих действий. Команды с такими кодами называются командами ввода-вывода. Команды ввода-вывода находят контроллер с помощью системы адресации, подобной системе адресации оперативной памяти. А именно каждому контроллеру соответствует уникальный набор адресов (адреса ввода-вывода), которые используются в командах ввода-вывода для указания контроллера-адресата. Набор адресов, соответствующих контроллеру, называется портом (port), так как они представляют собой «место» через которое информация входит в компьютер и выходит из него. Поскольку адреса ввода-вывода могут иметь такой же вид, как адреса ячеек оперативной памяти, шины компьютеров снабжены сигналом, который показывает, передается сообщение в оперативную память или в контроллер. Следовательно, на команду ввода-вывода отослать содержимое регистра определенному контроллеру центральный процессор будет реагировать так же, как на команду отослать цепочку битов в определенную ячейку памяти, только при этом он выставит сигнал, который сообщит устройствам, подключенным к шине, что цепочка битов предназначена для такого-то контроллера, а не для оперативной памяти.