Принципы представления данных и команд в компьютере

Введение

Смысл обработки информации в компьютере заключается во взаимодействии исходных данных, которые определяются как операнды, и потока команд, находящихся в программе, с целью выработки на выходе результирующего итогового потока. Процедура взаимодействия команд с операндами в компьютерном оборудовании составлена из операций их хранения, чтения для исполнения, собственно выполнения операции взаимодействия и затем сохранения результатов, являющихся или промежуточными, или итоговыми.

Запись, то есть сохранение, и чтение, то есть выборка информационных данных предполагают наличие некоторых заданных методов обращения к командам и операндам, и, как следствие, применение адресной информации, а именно, адресных кодов, признаков поиска и тому подобное. Сам компьютер, составляющие его узлы и подсистемы, и, конечно, режим их работы подлежат идентификации, и поэтому необходима информация о текущем состоянии входящих в состав компьютера узлов (в форме кодов) и режимах их работы. Внутренние компьютерные потоки операндов состоят из кодов состояний и адресных данных.

Принципы представления данных и команд в компьютере

В качестве базовых типов операндов, которые считаются информационными единицами, выступают следующие типы:

• Числовой тип операндов.
• Символьный тип операндов, а именно, символьные коды.
• Логический тип операндов.

Существуют, также, дополнительные типы операндов, к которым следует отнести:

• Тип операндов, которые определяются как битовые поля.
• Тип операндов, которые определяются как символьные (текстовые) строки.
• Тип операндов, которые определяются как коды адресов и дескрипторы-указатели.
• Тип операндов, которые являются кодами команд и кодами состояний.

Производными типами операндов, относящимися к информационным единицам, являются следующие:

• Операнды, которые представляют собой массивы данных (разных кодов).
• Операнды, которые представляют собой файлы с набором графики, аудио- и видеоданными.

Все типы операндов в компьютере могут представляться в одном из форматов, то есть в стандартном или нестандартном формате.

К стандартным числовым форматам относятся следующие:

1. Числа в формате с фиксированной запятой.
2. Числа в формате с плавающей запятой.
3. Информационные данные в логическом формате.

При этом, числа в формате с фиксированной запятой подразделяются на следующие типы:

1. Формат целых чисел с различными основаниями систем счисления, наиболее часто с основанием два, и не так часто числа, имеющие основание восемь и шестнадцать. Помимо этого, числа могут со знаком или без него, а также отображаться как двоично-десятичные в разных кодовых системах.
2. Числа, представленные как дроби.
3. Числа в смешанном формате.

К нестандартным числовым форматам относятся следующие:

1. Числа, представленные в системе счисления, отличной от бинарной, например, это может быть троичная система.
2. Числа, которые могут иметь переменные основания, или обладают иррациональным основанием.
3. Числа, представленные в непозиционных системах счисления.
4. Числа, представленные в логарифмическом формате.
5. Иные числовые форматы.

Основным в нынешних компьютерах является целочисленный формат со знаком или без такового, с размерностью кратной одному байту. А именно, это может быть слово из шестнадцати разрядов, а также 32-х разрядное или иначе двойное слово и 64-х разрядное слово, именуемое четверным.

Смешанный и дробный типы форматов на текущий момент фактически не применяются или используются крайне редко. Помимо этого, практически не применяется модифицированный формат представления чисел со знаками и отображение отрицательных чисел при помощи обратного кода.

Числовой беззнаковый формат предполагает, что любой операнд, являющийся числом, не должен обладать отрицательными значениями. При выполнении операций с подобного рода числами отдельное внимание следует уделять признакам переполнения разрядной сетки.

Применение целых чисел, как правило, упакованных, связано с процессом обработки мультимедийной информации. Команды исполняют процесс обработки набора таких чисел с использованием параллельного режима.

Применение целых двоично-десятичных чисел связанно обычно с бухгалтерскими и статистическими задачами. Для таких задач используется способ кодировки каждой десятичной цифры с помощью её двоичного эквивалента, включающего в свой состав четыре бита, то есть, при помощи двоично-десятичного кода. Обычно используется типовой способ кодирования 8,4,2,1, в котором цифры обозначают веса разрядов. Оставшийся набор комбинаций применяется для кодирования знаков и некоторых служебных символов.

К главным недостаткам использования чисел с фиксированной запятой следует отнести ограничение диапазона отображаемых чисел в разрядной сетке, и, следовательно, возникает определённая вероятность, что разрядная сетка может быть переполнена. Значит потребуется ввести операцию масштабирования.

Этой проблемы нет в «нормальном» формате представления чисел, то есть, число делится на два набора цифр, а именно, мантиссу и порядок. Таким образом, число А можно представить следующей формулой:

$A = ± M_A • d^{±Pa}$, где:

• $M_A$ является модулем мантиссы.
• $Pa$ является модулем порядка числа $A$.
• $d$ является основанием характеристики.

Из данной формулы вытекает, что если изменяется модуль мантиссы, то меняется и модуль порядка, что и считается «плаванием» запятой. Это и определило имя формата.

В сегодняшних компьютерах, чтобы упростить операции связанные с порядком числа, их приводят к формату целого положительного числа, используя специальный смещённый порядок. То есть, к фактическому порядку числа прибавляется целое положительное число, именуемое смещением, которое следует выбрать равным половине представимого диапазона порядков.