Код. Тайный язык информатики

Емкость первого жесткого диска, представленного в 1983 году IBM в компьютере PC/XT, составляла десять мегабайт. В 1999 году менее чем за 400 долларов можно было приобрести жесткий диск емкостью 20 гигабайт (20 миллиардов байт).

Как правило, дискета или жесткий диск предусматривает собственный электронный интерфейс, однако для обмена данными с микропроцессором требуется еще один. Наиболее популярные стандарты интерфейсов для жестких дисков — SCSI (Small Computer System Interface), ESDI (Enhanced Small Device Interface) и IDE (Integrated Device Electronics)[30]. Все эти интерфейсы используют прямой доступ к памяти (DMA) для того, чтобы перехватить управление шиной и осуществлять обмен данными непосредственно между оперативной памятью и диском, минуя микропроцессор. При этом обмен информацией происходит фрагментами, соответствующими размеру дискового сектора, который обычно равен 512 байт.

Многие начинающие пользователи домашних компьютеров, наслушавшись разговоров о мегабайтах и гигабайтах, начинают путать полупроводниковую оперативную память с жестким диском. В последние годы появилось правило, позволяющее избежать путаницы в терминологии. Согласно ему слово «память» следует использовать только для обозначения полупроводниковой оперативной памяти, а термины «накопитель» и «запоминающее устройство» — для обозначения всего остального, то есть дискет, жестких дисков и магнитной ленты. В этой книге я старался придерживаться этого принципа.

Наиболее очевидное различие между памятью и накопителем в том, что память является энергозависимой: она теряет свое содержимое при отключении питания. Накопитель не зависит от питания. Данные сохраняются на дискете или жестком диске до тех пор, пока пользователь не сотрет их или не перезапишет. Тем не менее существует еще одно значительное различие, которое можно заметить, только поняв принцип работы микропроцессора. При подаче адресного сигнала микропроцессор всегда обращается к памяти, а не к запоминающему устройству.

Перемещение данных из накопителя в память для их последующего использования микропроцессором требует дополнительных действий. Для этого микропроцессор должен выполнить небольшую программу, которая осуществляет обращение к диску.

Чтобы понять разницу между памятью и накопителем, можно использовать следующую аналогию: память похожа на рабочий стол. Вы можете работать со всем, что находится на столе. Накопитель подобен шкафу с папками. Если нужна какая-то из папок, вы должны встать, подойти к шкафу, достать нужную и положить ее на стол. Когда на вашем столе оказывается слишком много папок, нужно убрать некоторые из них обратно в шкаф.

Данные на диске хранятся в виде так называемых файлов. За сохранение и извлечение файлов отвечает чрезвычайно важная программа — операционная система.

Глава 22 Операционная система

Наконец мы собрали нечто напоминающее полноценный компьютер, по крайней мере мысленно. Он оснащен микропроцессором, оперативной памятью, клавиатурой, монитором и жестким диском. Все оборудование на месте, и мы с нетерпением смотрим на кнопку включения, которая его оживит. Вероятно, этот проект напомнил, как Виктор Франкенштейн собирал своего монстра, как папа Карло строгал Буратино.

И все же нам чего-то не хватает. И отнюдь не молнии, не заклинаний. Включите этот новый компьютер и скажите, что вы видите.

По мере разогрева электронно-лучевой трубки на экране отобразится массив идеально оформленных, но совершенно случайных символов ASCII. Это мы и ожидали. Полупроводниковая память теряет свое содержимое при отключении питания, а при следующем включении приходит в случайное и непредсказуемое состояние. Вся созданная нами для микропроцессора память RAM — случайный набор байтов. Микропроцессор воспринимает этот набор как машинный код и начинает с ним работать, что не приведет к нежелательным последствиям, в частности компьютер не взорвется, — однако не будет и пользы.

Нам не хватает программного обеспечения. При первом включении или перезагрузке микропроцессор обращается к машинному коду, начиная с ячейки памяти с определенным адресом. В случае Intel 8080 это 0000h. При включении правильно спроектированного компьютера адрес памяти должен содержать машинную инструкцию (вероятно, первую из многих).

Как эта инструкция туда попадает? Процесс записи программного обеспечения в новый компьютер является, вероятно, одним из наиболее запутанных этапов. Один из способов решения этой задачи предполагает использование пульта управления, аналогичного описанному в главе 16, где он применялся для записи байтов в оперативную память и их последующего считывания.

В отличие от описанного ранее пульта управления, этот имеет переключатель «Сброс», который подключен к одноименному входу микропроцессора. Пока этот переключатель замкнут, микропроцессор ничего не делает. После размыкания переключателя микропроцессор обращается к машинному коду.