Знакомство с ЭВМ - устройство
Перед тем, как начать работу, кратко ознакомимся с машиной. Обучение вождению автомобиля обычно начинают не с цикла Карно и тактов работы двигателя внутреннего сгорания. Вместо этого изучают правила дорожного движения и органы управления - где какая педаль и как переключать передачи.
Воспроизводить текст руководства по эксплуатации в свободном изложении - труд неблагодарный, да, вероятно, и не нужный. Для начального ознакомления и решения практических задач приводимой информации будет достаточно. Остальные подробности следует смотреть в руководстве. Хотя, разумеется, знание внутреннего устройства машины в любом случае полезно и значительно облегчит изучение программирования.
Это относится и к системе команд ЭВМ. Она будет показана на конкретных примерах. Полный перечень команд и их назначение приведены на других страницах.
Базовые понятия и термины информатики тоже изучаться не будут. У многих дома или на работе есть персональный компьютер и такие слова, как программа, данные, файл, каталог, байт и прочие известны почти всем. Информатику сейчас изучают в школе наравне с русским языком и математикой, знание которых тоже подразумевается.
Кроме того, будем предполагать, что ЭВМ находится перед вами. Если нет, см. рис. 1.
Рис.1. Внешний вид ЭВМ.
Пользователь современных компьютеров и калькуляторов заметит, что ЭВМ значительно отличается и от первого и от второго.
От персонального компьютера МК-152 отличается отсутствием привычной клавиатуры и дисплея. Клавиатура имеет меньшее количество клавиш, а индикатор напоминает экран сотового телефона. Диски вставлять тоже некуда. Хотя, на задней панели есть разъемы, которые выглядят так же, как на компьютере.
Но и на рядовой бухгалтерский, инженерный или научный калькулятор ЭВМ не похожа. Различие заключается не только в дополнительных клавишах и надписях на клавиатуре. Главное то, что ЭВМ способна не только производить вычисления, но и выполнять заложенную в неё программу. Это превращает машину в многофункциональный рабочий инструмент, в отличие от самого перенасыщенного функциями обычного калькулятора.
Размеры у ЭВМ также промежуточные, но не следует считать её недоделанным компьютером или калькулятором-переростком. Клавишные ЭВМ - это особый тип вычислительных машин, специализированный для решения задач определённого класса. Продолжая аналогии с транспортом, и легковой автомобиль не является маленьким грузовиком или большим велосипедом. МК-152, в свою очередь, ликвидирует разрыв между высокопроизводительным профессиональным инструментом и ручным трудом в сфере автоматизации умственной деятельности.
Обычный непрограммируемый калькулятор - это ручной инструмент. Хотя порой избыток функций придаёт ему свойства складного ножа с двумя сотнями лезвий. При использовании таких многофункциональных калькуляторов результаты появляются непонятно откуда. Решение учебной задачи в школе или институте превращается в изучение ритуала нажимания кнопок в определённой последовательности. Впечатляющие примеры кошмарных последствий подобного образования приведены в журнале "Наука и Жизнь" N12-2004 (статья В.С.Доценко "Пятое правило арифметики").
Компьютеры сейчас оптимизированы для всевозможных игр, просмотра видеофильмов и телепередач, но отнюдь не для вычислений. Обрабатывать десяток-другой чисел в электронной таблице на современном персональном компьютере с памятью в гигабайтах и тактовой частотой в гигагерцах, который скрипит, с трудом проворачивая графическую операционную систему - не умнее, чем резать хлеб бензопилой.
Кроме калькуляторов и компьютеров существуют КПК - карманные персональные компьютеры и аналогичные портативные устройства. Казалось бы - идеальный персональный инструмент. Но здесь мы сталкиваемся с другой стороной вычислительной техники - сугубо потребительской. Известно, что подавляющее большинство пользователей компьютеров являются всего лишь потребителями программ и услуг. Для того, чтобы сделать что-либо при помощи компьютера, необходимо иметь соответствующие программы, обычно небесплатные, либо знания, чтобы программировать самостоятельно, а обычно и то и другое одновременно, плюс доступ в Сеть. Но даже для профессионалов создание компьютерных программ сейчас затруднительно, вследствие непрерывных изменений аппаратной части, операционных систем и языков программирования. Последние достижения в этой области, превращающие компьютер пользователя исключительно в терминал для платного доступа через сеть к своей собственной информации и программам для ее обработки, только усугубляют существующее положение.
Попытки повсеместного внедрения системы DRM, то есть управления так называемыми цифровыми правами, делают жизнь пользователей в особо демократических странах удивительно близкой к известным антиутопиям. Последняя на текущий момент версия Windows Vista представляет собой автомобиль уже не просто с заваренным капотом, но с установленным и заботливо включенным таксометром. Который превращается во взрыватель, если оплата вовремя не сделана или совершен преступный проезд мимо фирменной станции обслуживания. Если же на корпусе появилось более двух царапин или эмблема компании протерта недостаточно тщательно, двери блокируются, и автомобиль сам едет в здание автоматического суда, где на стекло снаружи наклеивается типовое постановление. Вы сможете изучить его и вписать свое имя, ожидая очереди в крематорий. А каждый, кто хоть раз видел этот автомобиль снизу, обязан дать подписку, что никому не расскажет о фирменных веревочках, которыми крепится задний мост. Только сумасшедший согласится пользоваться подобным чудом техники, да еще и купленным за свой счет.
В отличие от подобных устройств, ориентированных на развитие зависимости от производителей программ и поставщиков услуг, ЭВМ предназначена для обыкновенных нормальных людей. Её структура достаточно проста и хорошо документирована, что позволяет любому создавать свои программы и понимать чужие. Программы распространяются в виде исходных текстов, свободно копируются и тиражируются средствами самой машины, а также не могут быть ни защищены от просмотра, ни зашифрованы.
Отлаженная на одном экземпляре ЭВМ программа будет точно так же выполняться и на всех остальных. Все экземпляры идентичны с точки зрения аппаратного и программного обеспечения, в отличие от персональных компьютеров, каждый из которых - это изделие с уникальным набором аппаратных и программных недоработок.
Но вернёмся к устройству ЭВМ. На лицевой панели расположены индикатор и клавиатура. Индикатор графический, монохромный, разрешением 128x64 пикселей. Монохромный, это значит одноцветный, а пиксель - это одна точка изображения. На графический индикатор можно выводить произвольные изображения, хотя в большинстве случаев он используется для вывода текста и чисел. Фильм на таком экране смотреть нельзя, но построить небольшой график или поиграть в простую игру можно.
Клавиатура (рис. 2) имеет 38 клавиш и состоит из двух зон - снизу и справа от индикатора. Снизу расположены 32 клавиши, применяемые обычно в режиме калькулятора. Надписи расположены как на самих клавишах, так и вокруг них, обычно сверху. Надписи вокруг соответствуют назначению этой клавиши в сочетании с другими. Далее для обозначения клавиши в команде применяется надпись, соответствующая её назначению в данный момент.
Рис.2. Клавиатура ЭВМ
Клавиши справа от индикатора - стрелки, ВВОД и ВЫХОД служат для работы в системе меню. Меню - это список, из которого выбирается нужный пункт, открывающий доступ к какому-либо режиму работы или к следующему меню.
Режим калькулятора - это только один из режимов работы ЭВМ, хотя именно он является основным. Доступные при помощи системы меню другие режимы позволяют обращаться к электронным дискам, блокноту и т.д. Исчерпывающий список устройств и режимов работы есть в руководстве, а пока что они не потребуются.
Включение и выключение ЭВМ производится переключателем с левой стороны корпуса. После включения ЭВМ сразу переходит режим калькулятора. Перед тем, как описывать внешний вид экрана следует немного рассказать об устройстве и работе машины. Числа в ЭВМ записываются и хранятся в десятичной системе счисления. В естественном виде, с десятичной запятой, записываются ноль и числа с модулем от 1 до 99999999. Перед отрицательными числами выводится знак минус. Если число не входит в указанный диапазон, то оно разбивается на две части - мантиссу и десятичный порядок. Для этого число записывается в виде a*10b, где число а от 1 до 10 является мантиссой, а b - порядком. Максимальное по модулю число, с которым может работать ЭВМ - 9,9999999*1099, минимальное - 10-99.
Все операции с числами ЭВМ проводит при помощи так называемого стека (от англ. "stack"). Это группа специальных регистров памяти, передвижение чисел в которых осуществляется автоматически и напоминает перемещение патронов в магазине пистолета. Последнее записанное в стек число считывается из него первым. Регистры стека не имеют номеров и обозначаются как X, Y, Z и T. Есть в ЭВМ ещё один дополнительный регистр памяти, это регистр предыдущего результата X1, который для упрощения часто относят к стеку.
При вычислении на ЭВМ различных функций, исходные данные берутся из регистров X, или X и Y. Результат помещается в регистр X.
Теперь познакомимся с видом экрана (рис. 3). В верхней строке расположены индикаторы текущего состояния. Слева вверху - индикатор переключателя размерности угловых величин, который может принимать значения "РАД" (радианы), "ГРАД" (грады) или "ГРД" (градусы).
Рис.3. Экран режима автоматической работы.
Справа вверху выводится текущее значение счетчика адреса, равное нулю после включения. Это адрес в программе, на котором закончилось или с которого можно начать выполнение или редактирование программы. Перед значением счетчика адреса выводится символ "||", обозначающий, что сейчас программа остановлена.
В нижней части экрана выводится строка комментария. В этой строке выводится информация о вводимых с клавиатуры командах и о результатах выполнения операций.
В средней части экрана выводятся числа, записанные в регистры стека X, Y, Z и T. После включения ЭВМ содержимое регистров стека равно нулю. Наименование регистра стека выводится перед числовым значением. Число, записанное в регистр X, выделяется размером шрифта.
При некорректных действиях, например, после деления на ноль, в регистре X вместо числа выводится сообщение "ERROR", что означает "ошибка". Причина её возникновения выводится в строке комментария.
Исправил.
В следующий раз будет предупреждение.
