Назначение памяти ЭВМ

Для записи, хранения и выдачи по запросу информации, обрабатываемой с помощью ЭВМ, предназначено запоминающее устройство (или память) ЭВМ: информация в памяти ЭВМ записывается в форме цифрового двоичного кода.

Количество информации, которое может помещаться в один элемент памяти (0 или 1), называемое битом, очень мало и не несёт смысловой нагрузки.

Машинное слово

Однако если соединить несколько таких элементов в ячейку, то тогда можно сохранить в запоминающем устройстве столько информации, сколько потребуется. Последовательность битов, рассматриваемых аппаратной частью ЭВМ как единое целое, называется машинным словом.

Ёмкость памяти

Так как оперативная память ЭВМ состоит из конечной последовательности машинных слов, а машинное слово — из конечной последовательности битов, то объем представляемой в ЭВМ информации ограничен ёмкостью памяти, а числовая информация в ЭВМ может быть представлена только с определённой точностью, зависящей от архитектуры памяти данной ЭВМ.

Свойства числовой системы ЭВМ

Рассмотрим слово 0000, представляющее десятичное число 0. В результате увеличения содержимое этого слова станет равным 0001, что соответствует десятичному числу 1. Продолжая последовательно увеличивать 4-битовые слова, придём к ситуации, когда, увеличивая слово 1111 (которое представляет десятичное число 15), получим в результате слово 0000, поскольку 111+1 = 0000 (15+1=0), при этом получили неверную арифметическую операцию и вернулись в исходное состояние.

Это произошло из-за того, что слово памяти может состоять только из конечного числа битов. Таким образом, числовая система ЭВМ является конечной и цикличной.

Числовая система ЭВМ без знака и со знаком

Введём основные понятия на примере 4-битовых машинных слов. Такой размер слова обеспечивает хранение десятичных чисел только от 0 до 15 и поэтому не представляет практического значения. Однако они менее громоздки, а основные закономерности, обнаруженные на примере 4- битовых слов, сохраняют силу для машинного слова любого размера (8, 16, 32, 64, 128 – битовых).

Предположим, что процессор ЭВМ способен увеличивать (прибавлять 1) и дополнять (инвертировать) 4-битовые слова.

Например, результатом увеличения слова 1100 является 1101, а результатом дополнения этого слова является 0011.

Ситуации, приводящей к неверному арифметическому результату, можно избежать, если битовую конфигурацию 1111 принять за код для числа -1. Тогда 1110 интерпретируется как -2; 1101 как -3 и т.д. до 1000 как -8.

Тем самым получили другую числовую систему ЭВМ — со знаком, содержащую как положительные, так и отрицательные числа. В этой системе половина четырехбитовых конфигураций, начинающаяся с единицы, интерпретируется как отрицательные числа, а другая половина, начинающаяся с 0, как положительные числа или нуль.

Поэтому старший бит числа (третий по счету, если нумерацию битов начинать с нуля справа налево) называется знаковым битом.

Операция дополнения до двух

Страница 15 из 45