Текст книги "В Стране Микроников, или Секреты компьютера"

Автор книги: Мирослав Томаля

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 7 страниц)

Мирослав Томаля
В Стране Микроников,
или
Секреты компьютера

1. Встреча с микро-ЭВМ

В этот день Каролек вернулся из школы раньше, чем обычно. Договорился поиграть с ребятами в футбол, но пошел дождь. Выходить не было смысла.

– Вот незадача, – подумал он. – Ну и скууука… Может, уроки сделать?… Да нет, еще успею. А может…

Конечно! Ведь дома есть компьютер. Каролек пошел в комнату и включил машину. Видел, как это делает папа. О компьютере, увы, Каролек не знал ничего. А как же интересно знать, что происходит внутри ЭВМ.

– Вот если бы можно было войти внутрь и посмотреть, как там все работает… – размечтался мальчик.

И не успел закончить пожелание, как вдруг экран дисплея замигал, и на нем появилось смешное и чудное существо.

– Хочешь посмотреть компьютер внутри? – спросило оно.

– Конечно!!! – не задумываясь, вскричал Каролек.

* * *

Что-то случилось непонятное: Каролек очутился в сказочном мире, в волшебном странном городе. Зданий здесь было немного, зато много улиц. Удивительно, по улицам не ездили машины, а с большой скоростью катились шарики двух цветов: черные и белые. Когда Каролек нерешительно остановился у края дороги, к нему подошло то же забавное существо, которое он видел на экране.

– Привет! – сказало оно. – Я – микроник. Зовут меня Битек. Наш властелин Зет Восьмидесятый из династии Зологов велел мне провести тебя по нашему царству. Иди за мной. Я покажу тебе, как мы живем и работаем. Расскажу, как организовано наше царство. Правительство размещается во дворце, называемом Микропроцессором. В городе есть район Постоянного запоминающего устройства, сокращенно ПЗУ, район Запоминающего устройства с произвольной выборкой – ЗУПВ и пограничные переходы, так называемые порты. Если хочешь, мы можем осмотреть все их по очереди.

– Ты еще спрашиваешь! Это же великолепно!!! – воскликнул Каролек. – Действительно я смогу все узнать? Ты все мне покажешь?

– Действительно. Ведь мы и существуем затем, чтобы помогать людям. Но ты должен внимательно слушать и наблюдать, – сказал Битек. – Сначала я задам тебе вопрос. Скажи, из чего состоит компьютер?

– Это я знаю. Компьютер – такой маленький телевизор, какой-то ящик с клавишами, кассетный или специальный магнитофон, в который вставляют черные конверты с дыркой посередине, а еще у него бывает машинка, которая сама печатает.

– Почти хорошо, – подытожил Битек. – Ты рассказал, как по-твоему выглядит компьютер. А теперь я скажу, как мы называем все эти части. Телевизор – это монитор. Ящик с клавишами – клавиатура. Специальный магнитофон – это устройство для считывания дисков, а черные конверты мы называем гибкими дисками для хранения информации. Машинка, которая сама печатает, так и называется – печатающее устройство. Однако все это – еще не компьютер, а внешние устройства для общения с людьми. Собственно компьютер – наше, внутреннее царство. Иногда мы создаем его в ящике с клавишами, т. е. под клавиатурой, а иногда – когда государство большое – в отдельном ящике – микропроцессоре, который управляет всеми операциями. Запомни: существует много разных видов компьютерных государств. Одни победнее, другие побогаче. Государство

богаче, если в нем больше запоминающих устройств, если все в нем работают быстрее, нежели в других, и если у него больше возможностей для связи с другими царствами, т. е. больше пограничных переходов. Обо всем этом мы еще поговорим. А теперь следующий вопрос. Знаешь ли ты, зачем нужны компьютеры?

– Да, конечно, чтобы играть в разные игры! – воскликнул Каролек. – Ведь я уже играл с компьютером.

– Гм, гм, – проворчал микроник, – вы забавляетесь, а нам приходится тяжко работать. Ты и вправду не слышал о других применениях компьютера? Подумай хорошенько!

– Ага! – вслух сказал гость микроника. – Папа говорил мне, что на нем можно производить разные вычисления.

– Очень хорошо, отлично! – Битек был явно доволен ответом. – А еще что, может, знаешь?

– Конечно, знаю! – с гордостью ответил мальчик. – Я видел, как папа работал над книгой, пользуясь компьютером вместо пишущей машинки.

Мальчик был настолько доволен собой, что нос у него прямо задрался кверху. Битек расхохотался.

– Ты прав. Очень многие пользуются компьютером как печатающей машинкой. И нужно сказать, что для них это намного удобнее…

– Да, потому что легко исправлять ошибки, – похвалился своими знаниями Каролек. – Я видел, как папа печатал и если ошибался, то нажимал одну какую-то клавишу, и неправильно написанная буква исчезала с экрана. А раз забыл что-то дописать. Я думал, ему придется все перепечатывать сначала. Ничего подобного. Папа стал нажимать специальные клавиши, на которых были нарисованы стрелки. На каждой клавише стрелка показывает свою сторону верх, низ, правую, левую. При нажатии клавиши по экрану стал перемещаться мерцающий значок. Папа подъехал этим значком в то место текста, где не хватало предложения, и стал печатать. Знаешь, меня прямо удивило, что те буквы, которые уже находились на экране, передвигались вправо, уступая место новым буквам. Это очень чудно выглядело.

– А ты не знаешь, как называется такой мерцающий значок? – спросил Битек своего маленького приятеля.

Каролек смущенно почесал затылок и сказал неуверенно:

– Вроде кур….сор.

– Отлично, вижу, у тебя хорошая память, и ты уже довольно много знаешь о компьютерах, – констатировал микроник. – Действительно курсор. Он показывает, в каком месте экрана ты находишься. Туда, где стоит курсор, можно записать любые знаки, какие есть на клавиатуре. И делается все благодаря программе, которая называется редактором. Редактор позволяет делать с текстом многие удивительные вещи. Можно переносить куски текста в другие места. Можно выбрасывать целые абзацы или предложения. А у печатающей машинки нет таких возможностей.

– Ох! – вздохнул мальчик. – Вот бы пользоваться компьютером в школе или делать на нем уроки… Не нужно было бы черновиков. Работай в свое удовольствие!..

– Как знать, вдруг дело дойдет до этого в недалеком будущем? сказал Битек. – Но продолжу рассказ, что еще умеют делать компьютеры. Сразу отмечу: возможности их применения прямо-таки неограничены. Известно тебе, что компьютер может чертить?

– Чертить? – Каролек с недоверием взглянул на микроника.

– Разумеется. Он чертит на экране монитора, а если захочешь, и на бумаге. Для черчения на бумаге служит специальное устройство, называемое графопостроителем. А как оно действует, увидишь чуть позже.

– Ну и ну, – покачал головой Каролек, – я и не думал, что у компьютера столько возможностей. А что они еще могут делать?

– Расскажу, но при следующей встрече.

2. Компьютерные магистрали

В прошлый раз нашего нового знакомого – Каролека – пригласило «зайти» во внутренние районы ЭВМ забавное существо по имени Битек. Оказалось, что он из необычного народа микроников, и царь Зет Восьмидесятый велел ему заняться гостем. Витек рассказал мальчику, какова общая организация компьютерного устройства. Они разговаривали и о том, для чего служит компьютер.

* * *

– Эй, микроник! Это я! – закричал Каролек еще в дверях. Весь день мальчик нетерпеливо ждал встречи с приятелем. Он немного боялся, что его великолепно начавшееся путешествие может кончиться: у папы была очень срочная работа, и Каролек не мог добраться до компьютера. Сегодня же он знал, что по крайней мере некоторое время будет дома один.

– Привет, Каролек! – услышал голос Битека и тут же увидел его сидящим на мониторе. – Ты пришел? Я уж думал, не появишься. Опасался, что в последний раз слишком наскучил тебе.

– Ничего подобного, – возразил мальчик. – Я прямо не мог дождаться, когда с тобой увижусь.

– Меня это очень радует, – улыбнулся микроник. – Но, признаюсь, в последнее время мы были очень заняты. Твой папа хорошо заставил нас поработать! Без перерыва считал и считал. Но зато какие интересные вещи! Как-нибудь я тебе расскажу.

– Ой, как здорово, – прервал малютку Каролек, – компьютер меня интересует все больше и больше! В этом и твоя заслуга. Ты так занимательно рассказывал в прошлый раз о вашей работе! Я очень хотел бы узнать что-нибудь новое.

– Если это так, нужно подумать о том, как нам чаще встречаться, – сказал Битек. – Но пока давай не терять времени. Сегодня повнимательнее приглядимся к работе компьютера.

Битек ловко соскочил с монитора и жестом пригласил мальчика следовать за собой. Вскоре они очутились в знакомых местах. Микроник чувствовал себя здесь очень свободно: что и говорить – он здесь хозяин. Шли молча. Каролек с любопытством глядел по сторонам. Особенно его интересовало, зачем здесь столько улиц, и почему на них такое большое движение. Решил спросить приятеля.

– Битек, у меня вопрос…, – начал он неуверенно.

– Смелее, спрашивай, – подбодрил его микроник.

– Вам действительно нужно столько улиц? И чтобы они так тесно шли рядом друг с другом? Зачем вам все это?

– Улиц здесь точно столько, сколько необходимо для функционирования нашего царства. А зачем? Гм, пока я могу рассказать тебе лишь в общих чертах, потому что на их изучение нужно затратить много времени. Но заверяю тебя: в свое время ты узнаешь все. Ведь я обещал. Сначала посмотри на эти две широкие улицы. Это наши дороги снабжения.

– Снабжения???

– Да, по ним шарики идут туда, где они нужны.

– А откуда они выходят?

– Из центрального склада. Люди называют его устройством питания.

– А почему здесь две дороги? Разве мало одной?

– Попробуй ответить на этот вопрос сам. Посмотри повнимательнее. Ничего не заметил?

Каролек пригляделся… и пожал плечами.

– Не знаю… Может быть, то, что шарики катятся непрерывно, один за другим… А может, важно, что по каждой дороге катятся шарики одного цвета, – сказал мальчик, вопросительно взглянув на Витека.

По выражению лица микроника понял, что попал в точку.

– Отлично, Каролек! Придется мне тебя похвалить. Действительно, это самое важное. Дело в том, что здесь у нас все очень любят порядок. Вернее, здесь не может быть никакого беспорядка, иначе нельзя было бы работать. Поэтому выделены отдельная дорога для черных шариков и отдельная для белых. И никогда цвета шариков на них не меняются. Добавлю еще очень важную информацию. У нас ничто не может взять и пропасть, учет строгий-престрогий. Царь Зет Восьмидесятый даже издал распоряжение все ненужные в данный момент шарики возвращать в центральный склад. Происходит это очень просто. Мои коллеги ставят шарик на соответствующую дорогу снабжения, а дальше он катится сам. А вот если какой-то шарик нужен, его берут прямо с дороги снабжения, чтобы не бежать за ним специально на склад.

– Вот здорово! Придумали бы и у нас такое. По одним улицам все время ездили бы ящики с шоколадом, по другим – с апельсинами и другими вкусными вещами. И чтобы можно было бы их брать, когда захочется, – размечтался Каролек.

Но микроник не обратил на это внимания и продолжал рассказывать.

– Теперь я расскажу тебе о трех главных группах улиц. Мы называем их магистралями, а специалисты иногда называют внутримашинными каналами связи.

– А что это такое? – нетерпеливо спросил Каролек.

– Ты должен научиться терпению, – пожурил его микроник. – Все сразу не расскажешь. МАГИСТРАЛЬ состоит из нескольких, иногда их более десяти, проходящих рядом друг с другом дорог, играющих сходную роль. Как ваши автострады. Если ты когда-нибудь видел автостраду, то знаешь, что на ней несколько полос движения в одном направлении.

– Я понял, – опять прервал мальчик. – По автостраде одновременно едут рядом друг с другом несколько машин, а по вашей магистрали катятся несколько шариков. Правильно?

– Да, речь именно об этом, – подтвердил Битек. – Хотя у нас несколько иные правила движения, чем на автострадах. Но об этом позднее. А пока скажу, как называются наши магистрали. Как ты уже знаешь, магистралей у нас три. Одна называется АДРЕСНАЯ МАГИСТРАЛЬ, вторая – МАГИСТРАЛЬ ДАННЫХ, а третья – это УПРАВЛЯЮЩАЯ МАГИСТРАЛЬ. Они соединяют все районы любого компьютера.

– Ох, как трудно! Нельзя было назвать их по-другому?

– Мне кажется, – возразил Битек, – названия как названия. Кроме того, они имеют свое обоснование. АДРЕСНАЯ МАГИСТРАЛЬ служит для пересылки АДРЕСА, а МАГИСТРАЛЬ ДАННЫХ для передачи ДАННЫХ.

– Битек, перестань меня дурачить, – нахмурился Каролек. – Ты говоришь чепуху. Как можно пересылать адрес? Может, я ослышался?

– Нет, не ослышался. Я действительно сказал АДРЕС, – серьезно ответил микроник. – Наверное, ты отлично знаешь, что означает слово адрес.

– Знаю. Адреса мы пишем на письмах.

– Очень хорошо. Тогда скажи, что ты пишешь в адресе.

– Ну… Город или деревню, – перечислял Каролек, – название улицы, номер дома, квартиры, фамилию, имя.

– Отлично. А зачем ты пишешь все это?

– Как зачем? – пожал плечами мальчик. – Чтобы почтальон знал, кому доставить письмо.

– Видишь ли, ты только что сказал очень важную вещь. Пишут адрес затем, чтобы почтальон знал, кому отдать письмо. В адресе указывают информацию, где следует искать этого человека, т. е. адресата. Так же и у нас. Если мы хотим переслать информацию, т. е. ДАННЫЕ, сначала нужно указать, куда они должны быть отправлены, т. е. указать адрес.

– Допустим, я понял, – раздумывая сказал Каролек. – Но я все еще не вижу связи с вашими магистралями. Ведь адрес на конверте я пишу буквами. Как вы можете написать адрес?

– Очень просто. Предположим, у тебя есть список городов, где у каждого города свой номер. Это ваши почтовые индексы. То же самое можно сделать с улицами. Вместо названий указать их номера, соответствующие списку. Можно было бы пронумеровать и фамилии, и имена. Тогда адрес стал бы рядом чисел. Понимаешь?

– Да, – ответил Каролек, толком еще не зная, к чему ведет это сравнение.

– Отлично. Так вот у нас адрес – это и есть одно большое число.

– Согласен. Ты говоришь, адресом является число. Пусть. Но ведь для записи числа нужны цифры, а я их не вижу.

– Цифры есть. Как же без цифр? – убежденно сказал микроник. – Две. Больше не нужно, поскольку мы пользуемся БИНАРНОЙ, или, если предпочитаешь, ДВОИЧНОЙ системой счисления. Все еще ты их не видишь? И не догадываешься? Ведь эти цифры – шарики, а точнее говоря, их цвета. Черный шарик – это то, что вы называете единицей, а белый – нулем.

Вдруг чей-то сердитый голос прервал разговор:

– Битек! Быстро на работу!

– Ой, извини меня, мне нужно бежать. Царь вызывает. Встретимся в другой раз. Пока!

3. Двоичная система счисления

В предыдущей статье наши герои вели разговор о сети дорог, которые соединяют друг с другом отдельные внутренние районы компьютера, о так называемых МАГИСТРАЛЯХ. Каролек узнал, что существуют три МАГИСТРАЛИ: АДРЕСНАЯ, ДАННЫХ и УПРАВЛЯЮЩАЯ. Их еще называют внутримашинными каналами связи. Когда же беседа коснулась понятия АДРЕС и двоичной системы счисления, разговор внезапно прервался.

* * *

– Почему ты сегодня такой злой? – спросил Битек друга.

– Не злой, а расстроенный, – угрюмо ответил Каролек. – А тебе было бы весело, если бы ты ничего не понимал?

– А чего же ты не понимаешь? – заинтересовался Битек.

– Да ничего! Одна муть какая-то в голове от последней встречи. Но сегодня я не намерен только поддакивать. Настройся объяснять толком. Давай рассказывай, что такое ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ и причем здесь эти ваши шарики.

– Только и всего? Разумеется, объясню. Поймешь основной принцип, и сразу все станет проще простого. Скажи-ка, какую систему счисления ты знаешь.

– Как какую? Нормальную!

– Это мне ничего не говорит Сколько в «нормальной системе» разных цифр?

– Девять. От одного до девяти, – ответил мальчик.

– Гм. А ноль – случайно, не цифра?

– Забыл. Выходит десять.

– Ага, десять. А если десять, то система, которой ты пользуешься, называется десятичной. Правда?

Каролек почесал затылок. Он всегда это делал, когда узнавал что-то настолько очевидное, что сам удивлялся, как это не пришло ему самому в голову.

– Ну хорошо. Одно мы установили, – продолжал Битек. – Пошли дальше. Почему ты считаешь, что десятичная система, как ты сказал, нормальная?

– Нас именно по ней учат! А кроме того, на руках ведь тоже десять пальцев! – Каролек явно торжествовал.

– И ты считаешь, что это самое важное? – весело посмотрел на друга микроник. – А я докажу, что ты неправ. У ног тоже десять пальцев, т. е. всего двадцать. Да? К этому можно добавить уши – будет двадцать два, а если прибавить нос, то…

– Битек! Перестань смеяться надо мной! Ну, что ты в самом деле?

– Ладно-ладно, не обижайся! Я попросту хотел доказать, что десятичная система счисления – одна из многих возможных. А то, что для тебя она нормальная, вытекает только из твоей привычки. Точно также можно привыкнуть к пятеричной или двадцатеричной системе.

– Убедил! Значит, если я правильно понял, одной из возможных является двоичная система счисления. А следовательно, в ней только две цифры: единица и двойка? Да?

– Почти. Потому что не единица и двойка, а ноль и единица. В десятичной системе цифры десять нет, так почему бы в двоичной – быть двойке?

– Ты прав. Я не подумал об этом, – сказал пристыженный Кароль.

– Не огорчайся, – утешил его микроник, – главное, что ты понял. Думаю, и дальше в моем объяснении все окажется таким же простым, как до сих пор. Теперь обратим внимание на числа десятичной системы. Потом попытаемся сделать вывод, какие общие законы правят разными числовыми системами. Возьмем, например, число 264. Ты когда-нибудь задумывался, что это значит? Это число записано с помощью трех цифр: двойки, шестерки и четверки. Но читаешь ты его не как два, шесть, четыре, а как двести шестьдесят четыре. Не так ли?

– Да, – Каролек начинал понимать, в чем дело.

– Отлично! Таким образом, запись означает, что число 264 – это не что иное, как две сотни, шесть десятков и четыре единицы. Его можно записать по-разному:

264 = 200+ 60 + 4

или:

264 = 2 × 100 + 6 × 10 + 4 × 1

– Согласен? – спросил Битек.

Каролек кивнул головой. Эти записи были ему известны, но уже догадывался, что за ними последует очень интересное.

Битек между тем продолжал.

– А теперь подумаем, как можно записать сто. Как 10 умноженное на 10, тогда запишем:

264 = 2 × 10 × 10 + 6 × 10 + 4 × 1

Думаю, это тебе понятно. Да? Тогда попробуй сам написать подобным образом число 1375. Хорошо?

Каролек без всяких колебаний написал:

1375 = 1 × 1000 + 3 × 100 + 7 × 10 + 5 × 1

– Отлично! Вижу, мы поняли друг друга, – сказал микроник. – Но раз 100 = 10 × 10, то тысяча равна 10 умноженному на 10 и умноженному на 10. Подставим вместо 1000 и 100 произведение десятков, и число примет такой вид:

1375 = 1 × 10 × 10 × 10 + 3 × 10 × 10 + 7 × 10 + 5 × 1

– Битек, вроде бы я уже знаю, в чем дело, – сказал Каролек, для себя он сделал большое открытие. – Эти десятки здесь не случайно. Ведь это десятичная система счисления. Я прав?

– Разумеется! Именно к этому мы и стремились. А скажи-ка, не заметил ли ты чего-то интересного в этих записях.

– Кажется, заметил, – ответил Каролек. – Если смотреть на запись с правой стороны, то умножения на 10 нет, потом есть одно, потом мы умножаем самих на себя два десятка, потом три десятка друг на друга.

И выходит – с каждым шагом влево растет число десятков, на которое нужно умножить. Впрочем, давай-ка запишем именно так наше сложение:

1 × 1000 = 1 × 10 × 10 × 10

3 × 100 = 3 × 10 × 10

7 × 10 = 7 × 10

5 × 1 = 5 × 1

– Поздравляю! – микроник был явно в восторге от наблюдательности и сообразительности мальчика. – Мне остается лишь добавить что вместо умножения одного и того же числа много раз подряд давно уже введено понятие степени. Вместо того, чтобы писать 10 × 10, можно сказать, что это 10 во второй степени. А 10 × 10 × 10 равно 10 в третьей степени и т. д.

– А само 10 – это 10 в первой степени, – добавил Каролек. – Не так ли?

– Ты совершенно прав, – похвалил его приятель.

– А что делать с единицей? Разве она степень десятка? – спросил мальчик.

– Конечно степень. Десять в степени ноль! Понимаешь, почему? Потому, что мы не умножаем его ни на какой десяток, т. е. это ноль десятков.

– Вроде логично, – неуверенно ответил Каролек. – А что это дает?

– Очень много. Это дает общее правило, как создавать новые системы счисления, так как пользуясь степенями, наши числа можно записать в следующем виде:

Если теперь обратишь внимание только на цифры, стоящие в очередных степенях десятка, получишь точно такую же запись, как и с левой стороны знака равенства. Иначе говоря, каждое число в десятичной системе можно записать в виде степени: нужно взять очередные цифры этого числа и умножить их на соответствующую степень десяти. А отсюда – лишь маленький шаг до других систем счисления.

– Погоди, – прервал Каролек. – Я уже понял. Достаточно вместо десятка взять другое число, а такая запись будет сделана уже в другой системе. Да?

– Конечно! Я уже говорил, что это очень просто! А если ты такой понятливый, скажи, что означает число 1101 в двоичной системе.

– Одну минуточку. Это нетрудно. Это будет… это будет… Число 1101 в двоичной системе – это 13 в десятичной.

Каролек прямо подпрыгнул от радости, когда Битек утвердительно кивнул головой. Все это действительно просто! Мальчик очень обрадовался, что ему удалось понять, в чем заключается двоичная система. А цвета шариков стали понятны сами собой: это были две цифры двоичной системы. Он хотел поделиться этим с Битеком, но Битека уже не было.