ATPS - Organizacao De Computadores

Unidade Central de Processamento

Passo 1 e 2 – Aluno

Oseias L. Magalhaes RA: 6272266902.

Introdução

A Unidade Central de Processamento - UCP (em inglês, Central Processing Unity - CPU) é a responsável pelo processamento e execução dos programas armazenados na MP (memória principal). As funções da UCP são: executar as instruções e controlar as operações no computador.

A UCP é composta de duas partes:

UAL - Unidade Aritmética e Lógica - tem por função a efetiva execução das instruções

UC - Unidade de Controle - tem por funções a busca, interpretação e controle de execução das instruções, e o controle dos demais componentes do computador.

A seguir é apresentado o diagrama esquemático de uma UCP.

Registradores Importantes na UCP

• Na UC - CI Contador de Instruções (em inglês: PC - Program Counter) - armazena o endereço da próxima instrução a ser executada - tem sempre o mesmo tamanho do REM.

• Na UC - RI Registrador de Instrução (em inglês: IR - Instruction Register) - armazena a instrução a ser executada.

• Na UAL - ACC Acumulador (em inglês: ACC - Accumulator) - armazena os dados (de entrada e resultados) para as operações na UAL; o acumulador é um dos principais elementos que definem o tamanho da palavra do computador - o tamanho da palavra é igual ao tamanho do acumulador.

Instruções da UCP

Para que um programa possa ser executado por um computador, ele precisa ser constituído de uma série de instruções de máquina e estar armazenado em células sucessivas na memória principal. A UCP é responsável pela execução das instruções que estão na memória. Quem executa um programa é o hardware e o que ele espera encontrar é um programa em linguagem de máquina (uma sequência de instruções de máquina em código binário). A linguagem de máquina é composta de códigos binários, representando instruções, endereços e dados e está totalmente vinculada ao conjunto ("set") de instruções da máquina.

Um ser humano usa seu conhecimento e inteligência para traduzir uma tarefa complexa (tal como, por exemplo, a tarefa de buscar uma pasta num arquivo). Como um exemplo simples utilizado pelo professor Vagner (Organização de computadores), numa série de passos elementares (identificar o móvel e gaveta onde está a pasta, andar até o móvel, abrir a gaveta, encontrar a pasta, retirar a pasta e fechar a gaveta). Para o computador, uma instrução precisa ser detalhada, dividida em pequenas etapas de operações, que são dependentes do conjunto de instruções do computador e individualmente executáveis.

Fazendo um paralelo com linguagens de alto nível, o programa elaborado pelo programador (o código-fonte, composto de instruções complexas) precisa ser "traduzido" em pequenas operações elementares (primitivas) executáveis pelo hardware. Cada uma das instruções tem um código binário associado, que é o código da operação.

Conjunto de Instruções

Quando se projeta um hardware, define-se o seu conjunto ("set") de instruções - o conjunto de instruções elementares que o hardware é capaz de executar. O projeto de um processador é centrado no seu conjunto ("set") de instruções. Essa é uma das mais básicas decisões a ser tomada pelo Engenheiro de projeto. Quanto menor e mais simples for este conjunto de instruções, mais rápido pode ser o ciclo de tempo do processador.

Funcionalmente, um processador precisa possuir instruções para:

• Operações matemáticas

1. Aritméticas: +, - , × , ÷ ...

2. Lógicas: and, or, not ...

3. De complemento

4. De deslocamento

• Operações de movimentação de dados (memória <--> UCP, reg <--> reg)

• Operações de entrada e saída (leitura e escrita em dispositivos de E/S)

• Operações de controle (desvio de sequência de execução, parada)

As estratégias de implementação de processadores como vimos na etapa anterior deste trabalho, são:

• CISC - Complex Instruction Set Computer - exemplo: PC, Macintosh; um conjunto de instruções maior e mais complexo, implicando num processador mais complexo, com ciclo de processamento mais lento; ou

• RISC - Reduced Instruction Set Computer - exemplo: Power PC, Alpha, Sparc; um conjunto de instruções menor e mais simples, implicando num processador mais simples, com ciclo de processamento rápido.

• Há hoje uma crescente tendência a se utilizar um conjunto de instruções reduzido, de vez que os compiladores tendem a usar em geral apenas uma pequena quantidade de instruções. Há (também vantagens na implementação do hardware - maior simplicidade, menor tempo de ciclo de instrução).

O projeto de um processador poderia ser resumido em:

a) Definir o conjunto de instruções (todas as possíveis instruções que o processador poderá executar) definir formato e tamanho das instruções definir as operações elementares.

b) Projetar os componentes do processador (UAL, UC, registradores, barramentos,...)

Duas estratégias são possíveis na construção do decodificador de instruções da UC: Wired logic (as instruções são todas implementadas em circuito)

Microcódigo (apenas um grupo básico de instruções são implementadas em circuitos; as demais são “montadas” através de micro programas que usam as instruções básicas).

Tecnologias de processamento disponíveis para computadores pessoais.

Os processadores estão em constante evolução e desde os seus primeiros modelos sempre tentaram suprir a necessidade do usuário, seja em termos de desempenho, ou de espessura, para que possam ficar mais finos e menores, ocupando assim, menos espaço físico nas máquinas