Представление текстовых данных в памяти процессора

Кроме обработки числовых данных, при проектировании цифровых устройств на микропроцессорах часто приходится сталкиваться с текстовой информацией. Это связано с тем, что в конечном итоге получателем информации является человек, и ему легче воспринимать ее в обычном текстовом виде. Эта информация может отображаться как на небольших индикаторных панелях, так и на больших мониторах.

Но ведь, как нам известно, во внутренней памяти микропроцессора мы можем хранить только комбинации логических нулей и единиц! Мы уже убедились, что одна и та же комбинация нулей и единиц в различных двоичных кодах может обозначать совершенно разные числа. Для кодирования текстов тоже можно воспользоваться комбинациями нулей и единиц. Для этого нужно составить таблицу соответствия между комбинациями нулей и единиц и буквами алфавита.

В русском языке содержится 33 буквы, в английском — 28. Казалось бы для кодирования текстов достаточно шести двоичных разрядов (количество различных комбинаций пяти двоичных разрядов равно 2⁵ = 32). Однако буквы бывают строчные и прописные (по отношению к клавиатуре компьютера говорят, что буквы бывают верхнего и нижнего регистра). В телеграфном коде для переключения между регистрами используется специальный двоичный код (один из оставшихся от 28 букв). Мы же можем к двоичному коду просто добавить еще один разряд.

Казалось бы, теперь все проблемы решены, но для записи текстов кроме букв требуются дополнительные символы, такие как скобки, звездочки, знаки препинания, кавычки различных видов. В результате необходимое количество двоичных разрядов возрастает до семи. Такое количество двоичных разрядов позволяет закодировать до 128 различных текстовых символов.

Наиболее распространенной является таблицы кодирования текста ASCII. Однако в России, да и в большинстве стран мира, обычно используется сразу два языка — английский и национальный. В результате к основной таблице кодирования текста ASCII добавляется дополнительная таблица с национальным алфавитом. Такая таблица называется национальным расширением. Подобные таблицы ASCII, с национальными расширениями широко применялись в операционной системе DOS и до сих пор используются для записи текстов в цифровых устройствах, построенных на основе микропроцессоров. Таблица ASCII символов приведена в приложении.

В настоящее время в компьютерах в основном применяется операционная система Windows, в которой используется другая таблица соответствия двоичного кода и текстовых символов. Эта таблица называется ANSI. В этих двух таблицах первые 128 строк соответствия символов совпадают. В этой части таблицы содержатся символы цифр, знаков препинания, латинские буквы верхнего и нижнего регистров и управляющие символы. Национальные расширения символьных таблиц и символы псевдографики содержатся в последних 128 кодах этих таблиц, поэтому кодировки русских текстов в DOS и Windows не совпадают. В результате текст, набранный в ASCII кодировке, в Windows выглядит как набор непонятных значков.

Кроме перечисленных двух таблиц кодировки текста существует еще целый ряд таблиц. Это такие таблицы как КОИ8‑U, КОИ8‑R, ДКОИ8, E-mail Cyrillic, и ряд других кодов, которые используются в других видах компьютеров.

В качестве примера, в листинге 18.1 приведен фрагмент текстового файла и двоичных кодов, соответствующих ему.

Листинг 18.1. Пример соответствия двоичных кодов, записанных в шестнадцатеричном виде, и текста, соответствующего этим кодам

000002A0: CED5D4D8D3D120D5 │ D4D2CFCD2C20CBCF нуться утром, ко

000002B0: C7C4C120D3D7C5D4 │ C9D420D3CFCCCED9 гда светит солны

000002C0: DBCBCF2E20F7CFC4 │ C120D720D3CFD3C5 шко. Вода в сосе

000002D0: C4CEC9C820D2D5DE │ C5CACBC1C820DAC1 дних ручейках за

000002E0: CDC5D2DACCC12E0D │ 0AF3D4D2C1CECECF мерзла.♪◙Странно

000002F0: 2C20C120D7DEC5D2 │ C120D7C5DEC5D2CF, а вчера вечеро

00000300: CD20DAC4C5D3D820 │ CCC5C420D7D2CFC4 м здесь лед врод

Этот же участок текста будет отображаться на экране дисплея следующим образом:

«нуться утром, когда светит солнышко. Вода в соседних ручейках замерзла.

Странно, а вчера вечером здесь лед врод»

В этом листинге для записи текста использован код КОИ8‑R. В столбце слева приведен адрес конкретного байта, затем идет шестнадцатеричная запись содержимого восьми соседних байтов, через вертикальную черту запись содержимого следующих восьми байтов, и в конце строки листинга приводится их соответствие тексту. Например, первый байт, расположенный по адресу 2A0 содержит код CE, означающий букву ‘н’. Следующий байт, расположенный по адресу 2A1 содержит код D5, означающий букву ‘у’.

Знаки ♪◙ в пятой строке служат для обозначения конца строки и перехода на следующую. Это служебные символы 0D и 0A.

Для записи текстов в микропроцессорных системах обычно используется та кодовая таблица записи текстов, что применяется в операционной системе, где ведется написание программы для этой микропроцессорной системы.

На этом можно завершить обзор возможных видов двоичных кодов. При необходимости вы сможете самостоятельно освоить новые виды этих кодов. Главное, что я хотел бы, что бы вы вынесли из этого материала, это то, что одни и те же комбинации логических единиц и нулей могут представлять собой совершенно различную информацию. Микропроцессор же рассматривает их просто как двоичные числа. Например, он может просто суммировать между собой различные буквы, может просуммировать или вычесть букву и число и т.д.

Теперь после того как мы научились работать с двоичными кодами можно перейти к устройствам, которые могут выполнять различные операции над этими числами – суммировать, вычитать, увеличивать и уменьшать на единицу. При этом выбор выполняемой операции желательно выполнять также при помощи двоичного кода. Такое устройство получило название арифметического устройства. Если же оно, кроме арифметических операций, выполняет еще и логические, то его называют арифметико-логическим устройством (АЛУ).