Согласно закону Мура, количество транзисторов в микропроцессорах должно удваиваться каждые 18 месяцев. Для чего нужны эти многочисленные дополнительные транзисторы?
Некоторые из транзисторов позволили увеличить разрядность процессора. Использование других было обусловлено появлением новых команд. Большая часть современных микропроцессоров предусматривает команды для выполнения операций над числами с плавающей точкой (о чем я расскажу в главе 23). Кроме того, в набор микропроцессоров были добавлены новые команды для произведения некоторых часто повторяющихся вычислений, необходимых для отображения на экранах компьютеров изображений или фильмов.
Для увеличения быстродействия в современных процессорах применяется несколько методов. Один из них называется конвейеризацией. При выполнении одной команды процессор считывает следующую, при этом он до определенной степени предугадывает, как команды перехода могут изменить программный поток. Современные процессоры также включают кеш (cache) — массив сверхскоростной оперативной памяти внутри процессора, в котором хранятся недавно выполненные команды. В компьютерных программах часто используются небольшие циклы, а кеш позволяет обойтись без повторной загрузки входящих в него команд. Все эти функции, повышающие быстродействие процессора, требуют дополнительных логических схем, следовательно, дополнительных транзисторов.
Как я уже говорил, микропроцессор — это только одна (пусть и самая важная) часть компьютерной системы. Сконструируем такую систему в главе 21, но сначала мы должны научиться записывать в память что-то, кроме кодов команд и чисел. Нам предстоит вернуться в первый класс и заново научиться читать и писать текст.
Глава 20
Набор символов ASCII
В цифровой памяти компьютера хранятся только биты, поэтому все, с чем мы собираемся работать, должно быть в виде битов. Мы уже видели, как с помощью битов можно представить числа и машинный код. Следующая задача — представить текст. В конце концов, большая часть накопленной в мире информации выражена в виде текста, а наши библиотеки полны книг, журналов и газет. Наверняка нам захочется использовать компьютеры для хранения звуков, изображений и фильмов, а с текста гораздо проще начать.
Чтобы представить текст в цифровой форме, мы должны разработать некоторую систему, в которой каждая буква соответствует уникальному коду. Для чисел и знаков препинания также нужно предусмотреть коды. Короче, нам нужны коды для всех буквенно-цифровых символов. Такая система иногда называется набором кодированных символов, а отдельные коды — кодами символов.
Сначала сформулируем вопрос: «Сколько битов требуется для этих кодов?» Ответить на него непросто!
Когда мы думаем о представлении текста с помощью битов, давайте не будем забегать далеко вперед. Мы привыкли к красиво отформатированному тексту на страницах книги, журнала или газеты. Абзацы состоят из строк одинаковой ширины. Однако такое форматирование существенно не влияет на сам текст. Когда мы читаем короткий рассказ в журнале, а спустя годы встречаем его в книге, он не кажется нам другим только потому, что в книге столбец текста шире.
Другими словами, забудьте, что текст отформатирован в виде плоских столбцов на печатной странице. Считайте его одномерным потоком букв, цифр, знаков препинания с дополнительным символом, обозначающим конец одного абзаца и начало следующего.
Опять же, если вы читаете рассказ в журнале, а позднее видите его в книге, и при этом шрифт немного отличается, имеет ли это какое-либо значение? Если журнальная версия начинается так:
Зовите меня Ишмаэль..., а книжная — так: Зовите меня Ишмаэль...
стоит ли обращать на это внимание? Вероятно, нет. Да, шрифт слегка влияет на восприятие, однако от его замены рассказ не теряет смысла. Исходный шрифт всегда можно вернуть. Это не наносит вреда.
Вот еще один способ упростить задачу: давайте использовать простой текст без курсива, полужирного начертания, подчеркивания, цветов, обводки букв, подстрочных и надстрочных индексов, а также без диакритических значков. Никаких Å, é, ñ или ö. Только символы латинского алфавита, поскольку из них состоит 99% английских слов.
В ходе предыдущих исследований кодов Морзе и Брайля мы видели, как буквы алфавита могут быть представлены в двоичном формате. Несмотря на то что эти системы прекрасно справляются со стоящими перед ними задачами, они имеют недостатки, когда речь заходит о компьютерах. В азбуке Морзе коды имеют разную длину. Например, часто используемые буквы обозначаются короткими кодами, более редкие — длинными. Как видите, такой код подходит для телеграфа, однако не для компьютеров. Кроме того, код Морзе не делает различий между буквами в верхнем и нижнем регистре.
Коды Брайля имеют фиксированную длину, каждая буква представлена шестью битами, что предпочтительнее для компьютеров. Азбука Брайля также различает букву верхнего и нижнего регистра, хотя и использует для этого специальный escape-код, указывающий, что за ним следует символ в верхнем регистре. По сути, это означает, что для каждой заглавной буквы требуются два кода, а не один. Цифры отображаются с помощью кода переключения, который дает понять, что следующие далее коды представляют числа до тех пор, пока не встретится другой код переключения, сигнализирующий возврат к представлению букв.
Наша цель — разработка такого набора кодированных символов, чтобы нижеприведенное предложение можно было зашифровать с помощью серии кодов, каждый из которых — это определенное количество битов.
У меня 27 сестер.
Одни коды будут представлять буквы, другие — знаки препинания, третьи — числа. Еще нам необходим код, соответствующий пробелу между словами. Приведенное предложение состоит из 17 символов (включая пробелы). Последовательность кодов для шифрования подобных предложений часто называется текстовой строкой.
То, что нам нужны коды для чисел в текстовой строке, таких как «27», может показаться странным, поскольку мы представляли числа с помощью битов во многих предыдущих главах. Мы можем предположить, что кодами для цифр 2 и 7 в этом предложении являются просто двоичные числа 10 и 111. Однако это не обязательно так. В контексте такого предложения с символами 2 и 7 можно обращаться как с любыми другими символами в письменном языке. Им могут соответствовать коды, совершенно не связанные с фактическими значениями этих чисел.
Вероятно, наиболее экономичным текстовым кодом является 5-битный код, созданный в 1874 году для печатающего телеграфа Эмилем Бодо
[24], сотрудником французской телеграфной службы, которая начала использовать этот код в 1877 году. В дальнейшем код был усовершенствован Дональдом Мюрреем и стандартизирован в 1931 году Международным консультационным комитетом по телефонии и телеграфии (Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique, CCITT; сейчас — Международный союз электросвязи — International Telecommunication Union, ITU). Официально этот код называется международным телеграфным алфавитом № 2 (International Telegraph Alphabet No 2, ITA-2); в Соединенных Штатах он более известен как код Бодо, хотя правильнее было бы называть его кодом Мюррея.
