Размещение данных и программ в памяти ПЭВМ

Данные и программы во время работы ПЭВМ размещаются в оперативной памяти, которая представляет собой последовательность пронумерованных ячеек. По указанному номеру процессор находит нужную ячейку, поэтому номер ячейки называется ее адресом. Минимальная адресованная ячейка (согласно стандарту IBM), с точки зрения программиста, состоит из 8 двоичных позиций, т.е. в каждую позицию могут быть записаны либо 0, либо 1. Объем информации, который помещается в одну двоичную позицию, называется битом. Объем информации, равный 8 битам, называется байтом.

Таким образом, в одной ячейке из 8 двоичных разрядов помещается объем информации в один байт. Поэтому объем памяти принято оценивать количеством байт (2¹⁰ байт = 1024 байт = 1 Кб, 2¹⁰ Кб = 1048576 байт = 1 Мб).

Для помещения данных в такие ячейки производится их запись с помощью нулей и единиц (кодирование). При кодировании каждый символ, введенный с клавиатуры, заменяется последовательностью из 8 двоичных разрядов в соответ­ствии со стандартной кодовой таблицей, т.е. символ занимает один байт. Например, в соответствии с таблицей кодов ASCII D ® 01000100; F ® 00100110; 4 ® 00110100; ? ® 0011110.

При кодировании числа преобразуются в двоичное представление. Например,

2 = 1×2¹ + 0×2⁰ = 10₂; 5 = 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰ = 101₂; 256 = 1×2⁸ = 100000000₂.

При работе с числами различают:

1) целые: ±n;

2) вещественные:

- с фиксированной десятичной точкой: ±n.m;

- с плавающей десятичной точкой (экспоненциальная форма): ±n.mE±p, где n, m - целая и дробная части числа, р - порядок; ±0.xxxE±p - нормализованный вид.

С увеличением числа количество разрядов для его представления в двоичной системе резко возрастает, поэтому для размещения большого числа выделяется несколько подряд расположенных однобайтных ячеек. В этом случае адресом такой расширенной ячейки является адрес первого байта. Один бит такой ячейки выделяется под знак числа. Числа, размещенные таким образом - целые.

Для хранения вещественных чисел их предварительно приводят к нормализованному виду. Например, 35,6 = 0.356×10⁺², где 0.356 – ман­тисса, +2 – порядок. После этого переводят порядок и мантиссу в двоичную систему. Такое число запоминается в комбинированной ячейке, один байт которой содержит порядок, несколько других содержат мантиссу. Числа, размещенные таким образом - вещественные.

Программа – это последовательность команд (инструкций), которые помещаются в памяти и выполняются процессором в указанном порядке.

Команда размещается в комбинированной ячейке следующим образом. Первый байт содержит код операции (КОП) (например + или – или *), которую необходимо выполнить над содержимым ячеек памяти. В одной, двух или трех ячейках (операндах команды) по 2 или 4 байта содержатся адреса ячеек (А1, А2, А3), над которыми нужно выполнить указанную операцию. Номер первого байта команды называется ее адресом. Последовательность из этих команд называется программой в машинных кодах (рис. 2).

Рис. 2

Программные модули

Про­грам­мист пишет программу на языке высокого уровня, т.е. наиболее удобном для записи алгоритма решения определенного класса задач. Исходный текст программы, введенный с помощью клавиатуры в память компьютера - исходный модуль (sourse code, в языке Си имеет расширение *.cpp).

Транслятор - программа, осуществляющая перевод текстов с одного языка на другой, т.е. транслятор переводит программу с входного языка системы программирования на машинный язык ЭВМ, на которой функционирует данная система или будет функционировать разрабатываемая программа; либо на промежуточный язык программирования, уже реализованный или подлежащий реализации. Одной из разновидностей транслятора является компилятор, обеспечивающий перевод программ с языка высокого уровня (приближенного к человеку) на язык более низкого уровня (близкий к ЭВМ), или машинозависимый язык.

Интерпретатор представляет собой программный продукт, выполняющий созданную программу путем одновременного анализа и реализации предписанных действий. При использовании интерпретатора отсутствует разделение на две стадии - перевод и выполнение.

Большинство трансляторов языка Си, с которыми мы будем работать - компиляторы.

Результат обработки исходного модуля компилятором - объектный модуль (object code, в языке Си имеет расширение *.obj). Он не может быть выполнен, т.е. это незавершенный вариант машинной программы, т.к., например, к нему должны быть присоединены модули стандартных библиотек. Здесь компилятор (compiler) - вид транслятора, представляющего программу-переводчик исходного модуля в язык машинных команд.

Исполняемый (абсолютный, загрузочный) модуль создает вторая специальная программа - «компоновщик». Ее еще называют редактором связей (Linker). Она и создает модуль, пригодный для выполнения на основе одного или нескольких объектных модулей.

Загрузочный модуль (Load module, расширение *.exe) – это программный модуль, представленный в форме, пригодной для загрузки его в память и выполнения.

Ошибки

Ошибки, допускаемые при написании программ, разделяют на синтаксические и логические.

Синтаксические ошибки - нарушение формальных правил написания програм­мы на конкретном языке, обнаруживаются на этапе трансляции и могут быть легко исправлены.

Логические ошибки делят на ошибки алгоритма и семантические ошибки - могут быть найдены и исправлены только разработчиком программы.

Причина ошибки алгоритма - несоответствие построенного алгоритма ходу получения конечного результата сформулированной задачи.

Причина семантической ошибки - неправильное понимание смысла (сема­нти­ки) операторов языка.