Порядок обмена информацией между устройствами компьютера

Рассмотрим порядок, в котором обычно обмениваются информацией устройства компьютера во время выполнения программы. Пусть мы только-что придумали программу для перемножения двух чисел, одно из которых находится на дискете, а другое должно вводиться с клавиатуры. Вот алгоритм программы:

1.Ввести число с дискеты

2.Ввести число с клавиатуры

3.Перемножить эти числа

4.Показать результат на мониторе

Пусть мы написали эту программу на языке Бэйсик и теперь хотим ее выполнить на компьютере. Для этого мы должны иметь дискету с этим языком. Мы включаем компьютер, он несколько секунд готовится к работе, после чего мы вставляем в устройство ввода-вывода на дискетах (дисковод) дискету с Бэйсиком и нажимаем несколько клавиш. Язык с дискеты через шину переписывается (загружается) в память. После этого компьютер сообщает, что готов принимать от нас программу на Бэйсике, и мы эту программу набираем на клавиатуре. (Дискета с Бэйсиком нам больше не нужна и мы вынимаем ее из дисковода.)

Все современные компьютеры могут выполнять программу только тогда, когда она находится в оперативной памяти.

В соответствии с этим требованием наша программа автоматически по мере ввода с клавиатуры отправляется в память и там запоминается. Примерно в это же время мы вставляем в дисковод дискету с одним из двух чисел. Как только вся программа введена, мы нажатием клавиши приказываем компьютеру ее выполнить. И вот что в общих чертах происходит дальше. (Имейте в виду, что следующие два абзаца довольно нудные, в них мы, пожалуй, слишком глубоко забираемся в компьютер. Но без глубины нет вышины.)

Напомним, что на Бэйсике программа состоит из операторов, в нашем случае (допустим для простоты и для соответствия с алгоритмом) - из четырех операторов, хотя на самом деле их будет немного больше. Бэйсик выполняет эти операторы один за другим, по порядку. Вы также знаете, что при выполнении оператор языка программирования заменяется выполнением набора машинных команд. Мы, опять же, чтобы не затемнять изложение подробностями, допустим пока, что в нашей программе каждому оператору соответствует одна команда машинного языка.

Итак, как только программа была запущена на выполнение, процессор прежде всего приказывает памяти послать ему по шине первую команду программы. После того, как эта команда (ввод числа с дискеты) пришла в процессор, он "осознает" ее и отдает приказы устройствам компьютера на ее выполнение в соответствии с тем, как он ее осознал. В нашем случае он отдает приказ дисководу прочесть с дискеты число (пусть это было число 3) и направить его по шине в оперативную память, а оперативной памяти приказывает принять это число и запомнить. Как только число запомнилось, процессор считает команду выполненной и приказывает памяти послать ему вторую команду (которой оказался ввод числа с клавиатуры). Осознав ее, он приказывает компьютеру остановиться и ждать, когда человек введет с клавиатуры какое-нибудь число. Как только человек набрал число на клавиатуре (пусть он набрал -0.25), клавиатура докладывает об этом процессору и тот приказывает ей направить число в память или, возможно, запоминает его сам. После этого он принимает из памяти третью команду (умножение). Внутри процессора имеется арифметическое устройство - своеобразный автоматический карманный калькулятор, способный выполнять четыре действия арифметики. Пусть второе число уже находится в процессоре, тогда он приказывает памяти послать ему по шине первое число, перемножает оба числа, после чего запоминает результат сам или отправляет его в память (предположим, он выбрал память). Наконец, он получает из памяти последнюю команду, согласно которой приказывает памяти же отправить результат (-0.75) на монитор, а тому - принять результат и изобразить его на экране. На этом выполнение программы заканчивается, компьютер останавливается и ждет от человека ввода новой программы или исправления старой.

Итак, мы видим, что работа процессора состоит в том, чтобы считывать из памяти по порядку команды программы, осознавать их, после чего выполнять их самому или приказывать выполнить другим устройствам.

Работа оперативной памяти состоит в том, чтобы хранить программу во время ее выполнения, а также принимать от любых устройств, запоминать и отправлять в любые устройства любую информацию, с которой работает программа. Такая информация, в отличие от программы, называется данными. В нашем случае данными являются числа 3 и -0.25 (это исходные данныерешения задачи), а также -0.75 (это данное является результатом). Программа - это предписание того, что нужно делать с исходными данными, чтобы получить результат, а данные - это информация, над которой производит действия программа и которая зачастую в программе не содержатся. Так. в нашей программе нигде не заданы значения перемножаемых чисел. Оба они находятся совсем в другом месте - одно на дискете, другое вводится с клавиатуры.

Если программа предназначена для сложения 10000 чисел, записанных на дискете, то данными будут эти 10000 чисел. Если программа предназначена для подсчета количества слов в тексте рассказа, вводимого с клавиатуры, то данными будет этот текст. Если программа предназначена для распечатки на принтере изображения с экрана дисплея, то данными будет изображение. Если программа предназначена для распознавания речи, вводимой в компьютер с микрофона, то данными будет звук. В подавляющем большинстве случаев данные во время их обработки хранятся в оперативной памяти.

Взаимодействие различных устройств компьютера можно уподобить взаимодействию нескольких заводов, стоящих вдоль скоростного шоссе (шины) и производящих друг для друга различную продукцию (информацию). При этом память - это не завод, а большой перевалочный склад. А на заводах собственных складов нет или они маленькие. Пусть сегодня один завод произвел для другого большое количество деталей, которое другой завод будет использовать в течение целого месяца. Целиком все детали этот второй завод сегодня забирать не будет, потому что ему складывать их некуда. Первому заводу их тоже негде хранить. Тогда первый завод везет все детали на перевалочный склад, откуда второй завод будет их понемножку забирать по мере надобности.

Назначение других устройств компьютера, кроме процессора и памяти, рассмотрим в 3.4.