Файл: 1-337.pdf

84 Глава 2. Архитектура системы команд

истинное значение, нулем — ложное. Как правило, в ВМ оперируют наборами ло-
гических переменных длиной в машинное слово. Обрабатываются такие слова

с помощью команд логических операций (И, ИЛИ, НЕ и т. д.), при этом все биты
обрабатываются одинаково, но независимо друг от друга, то есть никаких перено- ?
сов между разрядами не возникает.

Строки

Строки — это непрерывная последовательность битов, байтов, слов или двойных

слов.

 Битовая строка

 может начинаться в любой позиции байта и содержать до 1

2

32

 бит.

 Байтовая строка

 может состоять из байтов, слов или двойных слов. Длина

такой строки варьируется от нуля до 2

32

 - 1 байт (4 Гбайт). Приведенные цифры

характерны для превалирующих в настоящее время 32-разрядных ВМ.

Если байты байтовой строки представляют собой коды символов, то говорят

 ',

о

 текстовой строке.

 Поскольку длина текстовой строки может меняться в очень

широких пределах, то для указания конца строки в последний байт заносится код-
ограничитель — обычно это нули во всех разрядах байта. Иногда вместо ограничите-

ля длину строки указывают числом, расположенным в первом байте (двух) строки.

Прочие виды информации

Представляемая в ВМ информация может быть статической или динамической

[33]. Так, числовая, символьная и логическая информация является статической —

ее значение не связано со временем. Напротив, аудиоинформация имеет динами-

ческий характер — существует только в режиме реального времени и не может быть
остановлена для более подробного изучения. Если изменить масштаб времени,
аудиоинформация искажается, что используется, например, для создания звуко-
вых эффектов.

Видеоинформация

Видеоинформация бывает как статической, так и динамической. Статическая ви-

деоинформация включает в себя текст, рисунки, графики, чертежи, таблицы и

Рисунки делятся также на плоские — двумерные и объемные — трехмерные.

Динамическая видеоинформация — это видео-, мульт-  слайд-фильмы. В их

основе лежит последовательное экспонирование на экране в реальном масштабе
времени отдельных кадров в соответствии со сценарием. Динамическая информа-
ция используется либо для передачи движущихся изображений (анимация), либо

для последовательной демонстрации отдельных кадров (слайд-фильмы).

Для демонстрации анимационных и слайд-фильмов опираются на различные

принципы. Анимационные фильмы демонстрируются так, чтобы зрительный ап-
парат человека не мог зафиксировать отдельных кадров (для получения
ной анимации кадры должны сменяться порядка 70 раз/с). При демонстрации

слайд-фильмов каждый

 экспонируется на экране столько времени, сколько

необходимо для восприятия его человеком (обычно от 30 с до 1 мин). Слайд-филь-

мы можно отнести к статической видеоинформации.

В вычислительной технике существует два способа представления графичес-

ких изображений:

 матричный (растровый)

 и

 Матричные (bitmap)

форматы хорошо подходят для изображений со сложными гаммами цветов, оттен-

Типы и форматы операндов 85

ков и форм, таких как фотографии, рисунки, отсканированные данные. Векторные
форматы более приспособлены для чертежей и изображений с простыми форма-
ми, тенями и окраской.

В матричных форматах изображение представляется прямоугольной матрицей

точек —

 пикселов

 (picture element), положение которых в матрице соответствует

координатам точек на экране. Помимо координат каждый пиксел характеризуется
своим цветом, цветом фона или градацией яркости. Количество битов, выделяе-
мых для указания цвета пиксела, изменяется в зависимости от формата. В высоко-
качественных изображениях цвет пиксела описывают 24 битами, что дает около

16 млн цветов. Основной недостаток матричной (растровой) графики заключает-

ся в

 емкости памяти, требуемой для хранения изображения, из-за чего

для описания изображений прибегают к различным методам сжатия данных. В на-
стоящее время существует множество

 графических файлов, различаю-

щихся алгоритмами сжатия и способами представления матричных изображений,
а также сферой применения. Некоторые из распространенных форматов матрич-
ных графических файлов перечислены в табл.

Таблица

 Матричные графические форматы

Обозначение

GIF

JPEG

TIFF

PNG

Полное название

Windows и

 Bitmap

Graphics Interchange Format
PC Paintbrush File Format

Joint Photographic Experts Group

Tagged Image File Format

Portable Network Graphics

Векторное представление, в отличие от матричной графики, определяет описа-

ние изображения не пикселами, а кривыми — сплайнами. Сплайн — это гладкая
кривая, которая проходит через две или более опорные точки, управляющие фор-
мой сплайна. В векторной графике наиболее распространены сплайны на основе
кривых Безье. Суть сплайна: любую элементарную кривую можно построить, зная
четыре коэффициента

 и

 соответствующие четырем точкам на плоско-

сти. Перемещение этих точек влечет за собой изменение формы кривой (рис. 2.31).

86 Глава 2. Архитектура системы команд

Хотя это может показаться более сложным, но для многих видов изображений

использование математических описаний является более простым способом. В век-
торной графике для описания объектов

 математические формулы.

Это позволяет при рисовании объектов вычислять, куда необходимо помещать

реальные точки изображения. Имеется ряд простейших объектов, или

 примити-

вов,

 например эллипс, прямоугольник, линия. Эти примитивы и их комбинации

служат основой для создания более сложных изображений. В простейшем случае
изображение может быть составлено из отрезков линий, для которых задаются на-
чальные координаты, угол наклона, длина, толщина линии, цвет линии и цвет фона.

Основное достоинство векторной графики — описание объекта, является про-

стым и занимает мало памяти. Кроме того, векторная графика в сравнении с мат-
ричной имеет следующие преимущества:

простота масштабирования изображения без ухудшения его качества;
независимость емкости памяти, требуемой для хранения изображения, от вы-

бранной цветовой модели.
Недостатком векторных изображений является их некоторая искусственность,

заключающаяся в том, что любое изображение необходимо разбить на конечное
множество составляющих его примитивов. Как и для матричной графики, суще-
ствует несколько форматов графических векторных файлов. Некоторые из них
приведены в табл.

Таблица

 Векторные графические форматы

Обозначение

DXF
CDR

PS
SVG
VSD

Полное название

Drawing Interchange Format
Corel Drawing
Hewlett-Packard Graphics Language
PostScript

Scalable Vector Graphics
Microsoft Visio format

Матричная и векторная графика существуют не обособленно друг от друга. Так,

 рисунки могут включать в себя и матричные изображения. Кроме того,

векторные и матричные изображения могут быть преобразованы друг в друга. Гра-
фические форматы, позволяющие сочетать матричное и векторное описание изоб-
ражения,

 называются метафайлами.

 Метафайлы обеспечивают достаточную ком-

пактность файлов с сохранением высокого качества изображения.

Таблица

 Форматы метафайлов

Обозначение

WMF
CGM

Полное название

Encapsulated

Windows Metafile
Computer Graphics Metafile

Типы команд 87

Рассмотренные формы представления статической видеоинформации исполь-

зуются, в частности, для отдельных кадров, образующих анимационные фильмы.
Для хранения анимационных фильмов применяются различные методы сжатия
информации, большинство из которых стандартизовано,.

Аудиоинформация

Понятие

 аудио

 связано со звуками, которые способно воспринимать человеческое

ухо. Частоты аудиосигналов лежат в диапазоне от 15 Гц до 20 КГц, а сигналы по
своей природе являются непрерывными (аналоговыми). Прежде чем быть пред-
ставленной в ВМ, аудиоинформация должна быть преобразована в цифровую
форму (оцифрована). Для этого значения звуковых сигналов (выборки, samples),
взятые через малые промежутки времени, с помощью аналого-цифровых преобра-
зователей (АЦП) переводятся в двоичный код. Обратное действие выполняется
цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). Чем чаще производятся выборки,
тем выше может быть точность последующего воспроизведения исходного сигнала,
но тем большая емкость памяти требуется для хранения оцифрованного звука.

Цифровой эквивалент аудиосигналов обычно хранится в виде файлов, причем

широко используются различные методы сжатия такой информации. Как прави-

ло, к методам сжатия аудиоинформации предъявляется требование возможности

восстановления непрерывного сигнала без заметного ухудшения его качества. В на-
стоящее время распространен целый ряд форматов хранения аудиоинформации.
Некоторые из них перечислены в табл. 2.14.

Таблица

 Форматы аудиофайлов

Обозначение
AVI

MIDI

MPEG
RA

Полное название
Audio Video Interleave

Musical Instrument Digital Interface

Audio Interchange Format
Motion Picture Expert Group Audio
Real Audio

Типы команд

Несмотря на различие в системах команд разных ВМ, некоторые основные типы

операций могут быть найдены в любой из них. Для описания этих типов примем
следующую классификацию:

• команды пересылки данных;
• команды арифметической и логической обработки;
• команды работы со строками;

• команды SIMD;
• команды преобразования;

88 Глава 2. Архитектура системы команд

• команды ввода/вывода;
• команды управления потоком команд.

Команды пересылки данных

Это наиболее распространенный тип машинных команд. В таких командах долж-

на содержаться следующая информация:

• адреса источника и получателя операндов — адреса ячеек памяти, номера реги-

стров процессора или информация о том, что операнды расположены в стеке;

• длина подлежащих пересылке данных (обычно в байтах или словах), заданная

явно или косвенно;

• способ адресации каждого из операндов, с помощью которого содержимое ад-

ресной части команды может быть пересчитано в физический адрес операнда.

Рассматриваемая группа команд обеспечивает передачу информации между

процессором и ОП, внутри процессора и между ячейками памяти. Пересылочные
операции внутри процессора имеют тип «регистр-регистр». Передачи между про-
цессором и памятью относятся к типу «регистр-память», а пересылки в памяти —

к типу «память-память».

Команды арифметической

и логической обработки

В данную группу входят команды, обеспечивающие арифметическую и логичес-
кую обработку информации в различных формах ее представления. Для каждой

формы представления чисел в АСК обычно предусматривается некий стандарт-
ный набор операций.

Помимо вычисления результата выполнение арифметических и логических

операций сопровождается формированием в АЛУ признаков (флагов), характе-
ризующих этот результат. Наиболее часто фиксируются такие признаки, как:
Z

 — нулевой результат; N (Negative) — отрицательный результат; V (oVer-

 — переполнение разрядной сетки; С (Carry) — наличие переноса.

Операции с целыми числами

К стандартному набору операций над целыми числами, представленными в форме

с фиксированной запятой, следует отнести:

• двухместные арифметические операции (операции с двумя операндами): сло-

жение, вычитание, умножение и деление;

• одноместные арифметические операции (операции с одним операндом ): вычис-

ление абсолютного значения (модуля) операнда, изменение знака операнда;

• операции сравнения, обеспечивающие сравнение двух целых чисел и выработ-

ку признаков, характеризующих соотношение между сопоставляемыми вели-
чинами

 <>, >, <, <=, >=).

Часто этот перечень дополняют такими операциями, как вычисление остатка

от целочисленного деления, сложение с учетом переноса, вычитание с учетом заема,