Пам’ять, виділення пам’яті, біти, байти, сегменти, регістри

Внутрішня пам’ять комп’ютера поділяється на два типи:

• ROM (read only memory) постійний запам’ятовуючий пристрій.

• RAM (random access memory) оперативно запам’ятовуючий пристрій.

Постійна пам’ять ROM – спеціальна мікросхема, що дозволяє тільки зчитувати інформацію з неї, оскільки дані записуються або пропалюються спеціальним способом і не можуть бути модифіковані.

Основне завдання ROM – забезпечити процедуру старту. В ROM записано базову систему вводу/виводу і деякі інші службові програми:

• початковий завантажувач;

• програми тестування;

• форми для графічних символів.

Таким чином при включенні комп’ютера ROM виконує різні перевірки і після успішного завершення переходить до процедури завантаження DOS в оперативну пам’ять RAM.

Останнім часом більш популярними є Flach мікросхеми, тобто з можливістю перепрограмування BIOS без заміни корпусу. Такий підхід дозволяє проводити більш якісну настройку системи, а також забезпечує можливість поновлення версій BIOS без втручання в апаратну частину.

Оперативна пам’ять RAM – пакет мікросхем, що використовують для збереження програм і необхідних для них даних. RAM можна розглядати, як робочу область для тимчасового збереження інформації (програм і даних) на час їх виконання. Усі програми після запуску поміщуються в RAM, виконуючи свої функції, після закінчення роботи звільняють пам’ять і на їх місце можуть завантажуватись інші програми.

При вимкненні комп’ютера вміст комірок RAM втрачається. Таким чином необхідно забезпечити повторне завантаження RAM при включенні системи, що здійснюється за допомогою функцій BIOS.

Найменшою одиницею даних, з якими працює комп’ютер є біт (Binary digit - bit), який може приймати значення “0” або “1”.

Група з восьми бітів називається байтом (Byte) і є найменшою адресною одиницею – коміркою пам’яті. Біти в байті нумеруються справа наліво від 0 до 7.

Byte

7

6

5

4

3

2

1

0

Кожному з наявних байтів присвоєно унікальну адресу пам’яті, починаючи з нульової (наймолодша адреса). Двохбайтне поле утворює шістнадцяти розрядне машинне слово (Word), біти в якому нумеруються від 0 до 15 справа наліво.

Word

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Байт з меншою адресою вважається молодшим. В комп’ютері прийнята двійкова система представлення даних. Таким чином уся інформація кодується за допомогою двох символів “0” і “1”.

З метою уникнення появи помилок при передаванні та обробці даних використовують контроль парності. Тобто кількість одиничних бітів в байті завжди повинна бути непарною. Контрольний біт при цьому приймає значення “0” чи “1” так, щоб доповнювати вміст 8 інформаційних біт до непарної кількості одиниць.

Згідно стандарту ASCII (American National Standart Code for Information Interchange), який прийнятий в комп’ютерній техніці, кожен символ має своє двійкове представлення.

Символ Dec Bin

“A” 65 1000001

“B” 66 1000010

“0” 48 110000

“1” 49 110001

“{” 123 1111011

“}” 125 1111101

Числові дані (числа) кодуються у відповідності з двійковою системою числення. Від’ємні числа представляються в додатковому коді, лівий біт (найстарший) визначає знак “0” – “+”, “1” – “-”. Також використовується 16-ва система числення.

З метою розрізнення значень чисел в різних системах прийнято супроводжувати їх відповідними символами позначення:

“b” двійкова с-ма

“d” десяткова с-ма

“h” шіснадцяткова с-ма, в якій обов’язковий ведучий “0”, якщо число починається з букви.

Значення кожного двійкового числа визначається позицією кожного біту і наявністю одиничних бітів тобто:

1	1	1	1	1	1	1	1
1.27 + 1.26 + 1.25 + 1.24 + 1.23 + 1.22 + 1.21 + 1.20
128	64	32	16	8	4	2	1

Таким чином загальна сума для восьми одиничних бітів в даному випадку складає 1+2+4+8+...+128 = 255, або 2⁸-1 = 255. У випадку коли не усі біти одиничні відповідні значення втрачаються, тобто:

1	0	0	0	1	0	0	0
1.27 + 0.26 + 0.25 + 0.24 +1.23 + 0.22 +0.21 + 0.20
128	0	0	0	8	0	0	0

отримуємо 128 + 8 = 136.

Двійкове представлення може бути символом, або рядком символів і числом, тому потрібно розрізняти символьні і числові дані.

Двійкова арифметика базується на наступних законах:

(інверсії) inv^(not):

(від’ємні числа)

Додатні числа визначаються нульовим значенням старшого розряду (самого лівого). Від’ємні двійкові числа містять одиничний біт в старшому розряді і виражається двійковим доповненням. Тобто для представлення двійкового від’ємного числа потрібно інвертувати всі біти додатнього і додати “1”.

Наприклад:

00000101  (5)

 inv^(not)

11111010

 +1

11111011  (-5)

Якщо скласти вагові коефіцієнти отриманого числа (11111011) то число (5) не вийде. Тобто двійкове число вважається від’ємним якщо його старший біт = “1”. Для визначення ABS значення від’ємного двійкового числа повторяють попередні операції.

11111011  (-5)

 int^(not)

00000100

 +1

00000101  (5)

Для перевірки можна додати (+5) і (-5), сума повинна бути рівна (0).

00000101

11111011

00000000

Перенос одиночного біту вліво втрачається, однак якщо мав місце перенос в знаковий ряд із розрядної сітки, то результат є коректним. Таким чином, віднімання в двійковій системі відбувається аналогічно: інвертується знак числа яке віднімається, після чого обидва числа додаються.

Наголосити, що при переносі в знаковий розряд із розрядної сітки біт втрачається.

Фактично нульові біти у від’ємних двійкових числах визначають його величину. Якщо додати вагові значення нульових бітів так, якби це були одиничні біти і до отриманого результату додавати одиницю, то отримаємо абсолютне значення від’ємного числа.

Крім названих арифметичних операцій існують логічні операції, такі як:

Not	AND	OR	XOR
not 0  1 not 1  0	0 and 0 0 0 and 1 0 1 and 0 0 1 and 1 1	0 or 0  0 0 or 1  1 1 or 0  1 1 or 1  1	0 xor 0  0 0 xor 1  1 1 xor 0  1 1 xor 1  0

Усі війкові логічні операції можуть застосовуватись над операндами (бітами, байтами, словами тощо) довільної, але обов’язково однакової довжини. Наприклад:

Not And Or Xor

0101 1100 1100 11001010

0101 0101 01010110

1010 0100 1101 10011100

Вивід двійкової інформації не є зручним для візуального сприйняття та аналізу оскільки займають досить багато місця. Тому використовується стенографічний метод представлення війкових даних. Згідно цього методу кожен байт ділиться навпіл і кожні півбайта виражається подвійним значенням.

Тобто дана десяткова система 0...9, 10, 11, 12, 13, 14, 15

Шістнадцяткова система 0...9, A, В, С, D, E, F

Наприклад:

Bin	0101	1001	0011	1011	1100	1110
Dec	5	9	3	11	12	14
Hex	5	9	3	B	C	E