Книга представляет собой тщательно систематизированное, но в то же время популярное описание фундаментальных принципов устройства ЭВМ. Понятное и подробное изложение теории сопровождается большим количеством примеров, многие из которых оригинальны и достаточно необычны. После знакомства с очередной лекцией читателям предлагается провести на своем компьютере серию любопытных экспериментов. Они не просто иллюстрируют и дополняют лекционный материал, но и позволяют убедиться в том, насколько интересным и логически совершенным является наш ставший таким привычным электронный помощник. Для широкого круга пользователей Предисловие 7 Введение 9 Лекция 1. Что мы будем изучать и почему 13 1.1. О возможных подходах к изучению компьютера 14 1.2. О содержании лекций 18 1.3. Стремительное развитие ВТ и стабильность ее фундаментальных принципов 20 1.3.1. Темпы развития ЭВМ. Поколения ЭВМ 20 1.3.2. Система команд типичной ЭВМ второго поколения 23 1.3.3. Система команд типичной ЭВМ четвертого поколения 25 1.3.4. Сравнение систем команд ЭВМ второго и четвертого поколений 27 1.4. Некоторые выводы 29 1.5. Вопросы для осмысления 30 Лекция 2. Функциональные блоки ЭВМ 32 2.1. Основные блоки ЭВМ 34 2.2. Взаимодействие блоков ЭВМ 35 2.2.1. Классическая структура ЭВМ... 35 2.2.2. Как это на самом деле работало 37 2.2.3. Структура современных ЭВМ 39 2.2.4. Режим прямого доступа к памяти 43 2.3. Выводы 44 2.4. Вопросы для осмысления 44 2.5. Любопытные эксперименты 45 2.5.1. Представление чисел в машине 46 2.5.2. Двоичное представление чисел в памяти 47 2.5.3. Двоичное представление информации на диске 48 2.5.4.* Может ли машина сама формировать себе программу? 50 2.5.5. Можно ли обойтись без умножения? 55 Лекция 3. Процессор ЭВМ 57 3.1. Назначение процессора и его устройство 57 3.1.1. Процессор и микропроцессор 58 3.1.2. Арифметико-логическое устройство 60 3.1.3. Устройство управления 61 3.1.4. Программно-доступные регистры 62 3.1.5. Разрядность процессора 62 3.2. Как работает процессор 63 3.2.1. Основной алгоритм работы процессора 63 3.2.2. Проблема начала работы ЭВМ 65 3.2.3. Организация ветвлений 66 3.2.4. Оптимизация выполнения команд 67 3.2.5. Тактовая частота 68 3.3. Система команд процессора 69 3.3.1. Основные группы команд 69 3.3.2. Процессоры RISC- и CISC-архитектуры 70 3.3.3. Структура команд 70 3.3.4. Пример программы в командах процессора 71 3.4. Выводы 73 3.5. Вопросы для осмысления 73 3.6. Любопытные эксперименты 74 3.6.1. Какой процессор находится внутри компьютера? 74 3.6.2.* Измерение быстродействия процессора 77 3.6.3. Экспериментальное сравнение эффективности программ 85 3.6.4. Как используются логические инструкции процессора 86 Лекция 4. Память ЭВМ: ОЗУ 92 4.1. Назначение и виды памяти 92 4.1.1. Внутренняя и внешняя память 92 4.1.2. ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ и некоторые другие виды памяти 93 4.1.3. Статическое и динамическое ОЗУ 97 4.1.4. Кэш-память 98 4.2. Организация внутренней памяти 99 4.2.1. Ячейка, слово, байт 99 4.2.2. О хранении многобайтовых данных 101 4.3. Адресация памяти 103 4.3.1. Адресное пространство памяти 103 4.3.2. Методы адресации данных 103 4.3.3. Стековая организация памяти 105 4.4. Выводы 107 4.5. Вопросы для осмысления 108 4.6. Любопытные эксперименты 108 4.6.1. Сколько в компьютере ОЗУ? 108 4.6.2. Как используется ОЗУ? 110 4.6.3. Порядок хранения данных в IBM PC 112 4.6.4. Оценка эффективности применения кэш-памяти 113 4.6.5.* Экспериментальное изучение триггера 114 Лекция 5. Память ЭВМ: устройства внешней памяти 119 5.1. Назначение и виды внешней памяти 119 5.1.1. Внешняя память на бумажных носителях 120 5.1.2. Внешняя память на магнитных носителях 121 5.1.3. Внешняя память на оптических носителях 126 5.2. Организация данных во внешней памяти 128 5.2.1. Размещение информации на носителях 128 5.2.2. Доступ к информации на внешних носителях 130 5.2.3. Файловая система 131 5.2.4. Роль контроллеров . 131 5.3. Взаимодействие различных видов памяти 132 5.3.1. Взаимодействие внутренней и внешней памяти 132 5.3.2. Виртуальная память 133 5.3.3. Иерархия памяти 134 5.4. Выводы 135 5.5. Вопросы для осмысления 136 5.6. Любопытные эксперименты 137 5.6.1. Логический доступ к сектору дискеты 137 5.6.2.* Физический доступ к сектору дискеты 141 5.6.3. Чтение секторов CD 144 5.6.4. Форматирование дискеты 147 5.6.5. Считывание S.M.A.R.T.-параметров жесткого диска 148 Лекция 6. Устройства ввода/вывода 151 6.1. Назначение и виды устройств ввода/вывода 151 6.1.1. Устройства ввода 152 6.1.2. Устройства вывода 155 6.2. Организация ввода/вывода 158 6.2.1. Порты 158 6.2.2. Обмен по программе 159 6.2.3. Обмен по прерываниям 160 6.3. Необходимость программной настройки устройств 162 6.4. Об объединении компьютеров в сеть 163 6.5. Выводы 164 6.6. Вопросы для осмысления 165 6.7. Любопытные эксперименты 166 6.7.1. Как отображаются вводимые символы? 166 6.7.2.* Реализация печати символов на низком уровне 168 6.7.3. Прямая запись в видеопамять 172 6.7.4. Изучение событий, связанных с мышью 174 6.7.5. Поиск пикселов на мониторе 177 Лекция 7. Роль программного обеспечения 179 7.1. Компьютер - единство аппаратной и программной частей 179 7.2. Типы программного обеспечения 184 7.2.1. Системное ПО 184 7.2.2. Прикладное ПО 184 7.2.3. Системы программирования 185 7.3. "Слои" программного обеспечения 185 7.4. Главная программа - операционная система 187 7.5. Порядок загрузки ПО 192 7.5.1. Тестирование оборудования 192 7.5.2. Чтение загрузочного сектора 193 7.5.3. Чтение начального загрузчика ОС 194 7.5.4. Загрузка операционной системы 194 7.5.5. Запуск остального ПО 195 7.6. Какое ПО устанавливать на компьютер 195 7.7. Еще раз о роли программирования 197 7.8. Выводы 198 7.9. Вопросы для осмысления 199 7.10. Любопытные эксперименты 200 7.10.1. Какие программы установлены на компьютере? 200 7.10.2. Определение размера кластера 203 7.10.3. Несколько экспериментов с именами файлов 204 7.Ю.4.* Изучение расположения файлов на дискете 206 7.10.5. Слои программного обеспечения 214 7.10.6. Проверка антивирусного ПО 216 Лекция 8. Учебные модели компьютера 220 8.1. Реальный компьютер или модель? 220 8.2. Обзор существующих учебных моделей 222 8.2.1. Модели ЭВМ в учебниках информатики 222 8.2.2. Учебный компьютер Е97 225 8.2.3. Зарубежные модели 228 8.2.4. MMIX Д. Кнута- RISC-процессор тысячелетия 230 8.3. Сравнение учебных моделей 234 8.4. Выводы 236 8.5. Вопросы для осмысления 236 8.6. Любопытные эксперименты 237 8.6.1. Вычисления на трехадресной ЭВМ 237 8.6.2. Вычисления на двухадресной ЭВМ 245 8.6.3. Вычисления на одноадресной ЭВМ 249 8.6.4. Как ЭВМ принимает решения 253 8.6.5. Как работает язык высокого уровня 259 Приложение. Содержание CD-диска 264 Список литературы 266 Предметный указатель 271