Processador

CONTEÚDO

• Introdução

• Evolução dos processadores

• Anatomia de um processador

• Funções básicas da UCP

• Instruções de máquina

• Funcionamento da UCP

• Linguagem de máquina

INTRODUÇÃO

• Processador é responsável pela atividade-fim do sistema

• Computar

• Calcular

• Processar

FUNÇÕES BÁSICAS DA UCP

• Para executar um Programa

• As instruções devem estar armazenadas
  em células sucessiva, na memória principal

• O endereço da primeira instrução do programa
  deve estar armazenado na UCP para que o
  processador  possa buscá-la

• Ciclo de Instrução (Como o processador executa um programa)

• Busca uma instrução na memória (leitura)

• Interpreta a operação da instrução

• Busca os dados onde estiverem armazenados e os traz à CPU

• Executa a operação com os dados, guarda o resultado

• Reinicia o processo buscando nova instrução

FUNÇÕES BÁSICAS DA UCP

FUNÇÕES DE PROCESSAMENTO

• Processamento de Dados

• Ação de manipular um ou mais valores (dados) em uma certa seqüencia de ações, de modo a produzir um resultado útil

• Tarefas

• Operações Matemáticas

• Somar, Subtrair, Multiplicar, Dividir

• Operações Lógicas

• AND, OR, NOT, XOR

• Movimentação de dados

• Memória – UCP, UCP – Memória, Registrador – Registrador, etc

• Operações de Controle (desvio)

• Alteração na seqüencia de execução de instruções

• Operações de entrada e saída

• Leitura e escrita em um dispositivo

FUNÇÕES DE PROCESSAMENTO

• UAL (Unidade Aritmética e Lógica)

• Registradores

• Barramento interno

UNIDADE ARITMÉTICA E LÓGICA – UAL

• Executa as operações matemática com os dados

• Soma

• Subtração

• Multiplicação

• Divisão

• Lógica AND

• Lógica OR

• Lógica XOR

• Complemento (NOT)

• Descolamento à direita

• Descolamento à esquerda

• Incremento

• Decremento

REGISTRADORES

• Memória auxiliar básica da UAL

• Local de armazenamento temporário para um dado poder ser transferido à UAL (Unidade Aritmética e Lógica)

• Registradores de Dados

• Registradores de Controle

REGISTRADORES

• Registradores de Dados

• Armazenam dados temporariamente

• Registradores de Controle

• RI (Registrador de Instrução)

• CI (Controlador de Instrução)

• REM (Registrador de Endereços de Memória)

• RDM (Registrador de Dados de Memória)

• Registradores Especiais de Estado

• PSW (Program Status Word)

• Auxiliam e completam operações matemáticas pela UAL

A INTERFERÊNCIA DO TAMANHO DA PALAVRA

FUNÇÃO DE CONTROLE

• Projetada  para entender o que fazer, como fazer e comandar quem vai fazer no momento adequado

• Atividades

• Busca da instrução que será executada

• Interpretação das ações a serem desencadeadas com a execução da instrução

• Geração de sinais de controle apropriados para ativação das atividades requeridas para a execução propriamente dita da instrução identificada

• Dispositivos

• Unidade de Controle, Decodificador, Registrador de Instrução, Contador de Instrução, Relógio, Registrador de Endereço de Memória e Registrador de Dados da Memória

A UNIDADE DE CONTROLE (UC)

• Dispositivo mais complexo da UCP

• Lógica para realizar a movimentação de dados e de instruções para a UCP

• Iniciados por

• Microprogramação

• Programação prévia diretamente no hardware

• Início de um ciclo de instrução

• Buscar (fetch) a referida instrução e trazer uma cópia sua da MP para o processador

• Iniciada na UC

O RELÓGIO

• Dispositivo gerador de pulsos

• Ciclo

• Duração de um pulso do relógio

• Freqüência

• Quantidade de pulsos em um segundo

• Define a velocidade da UCP

• Medida em Hz (Hertz)

• 1 Hz = 1 ciclo por segundo

REGISTRADOR DE INSTRUÇÃO (RI)

• Instruction Register (IR)

• Função específica de armazenar a instrução a ser executada pela UCP

• Quando iniciado um ciclo de instrução, a UC emite sinais de controle em seqüência no tempo, processa a realização de um ciclo de leitura para buscar a instrução na memória

• Ao término do ciclo de leitura a instrução desejada é armazenada no RI, via barramento de dados e RDM

CONTROLADOR DE INSTRUÇÃO (CI)

• Program Counter (PC)

• Função é armazenar o endereço da próxima instrução a ser executada

• Quando a instrução que vai ser executada for lida da memória para a UCP, o sistema efetiva a modificação do conteúdo do CI armazenando o endereço da próxima instrução na seqüência

• CI é armazena o endereço da próxima instrução

REGISTRADOR DE DADOS DE MEMÓRIA (RDM)
REGISTRADOR DE ENDEREÇOS DE MEMÓRIA (REM)

• Registradores utilizados pela UCP e memória para comunicação e transferência de informações

• Registrador de Dados da Memória (RDM)

• Memory Buffer Register (MBR)

• Tamanho (bits) igual ao do barramento de dados (tamanho da palavra do processador)

• Registrador de Endereços de Memória (REM)

• Memory Address Register (MAR)

• Tamanho (bits) igual ao dos endereços da memória (barramento de endereços do sistema)

• Pelo seu tamanho, calcula-se qual o espaço máximo de endereçamento da memória principal

INSTRUÇÕES DE MÁQUINA

• Formalização de uma operação básica (primitiva) que o hardware é capaz de realizar diretamente

• Grupo de bits que indica ao processador uma operação ou ação que ele deve realizar

• Exemplo

• X = A + B * C

• É realizada pela UCP

• T = B * C

• X = A + T

• Tecnologias

• CISC (Complex Instruction Set Computers)

• RISC (Reduced Instruction Set Computers)

FORMATO DAS INSTRUÇÕES

• Código de Operação (C.Op.)

• Campo da instrução cujo valor binário é a identificação (código) da operação a ser realizada

• Cada instrução possui um único código, que serve de entrada no decodificador da área de controle

• Campo Operando (Op.)

• São os campos da instrução cujo valor binário indica a localização dos dados que serão manipulados durante a realização da operação

• Desvio

• É uma alteração forçada da seqüência de execução de um programa

FUNCIONAMENTO DA UCP

FUNCIONAMENTO DA UCP

        Iniciar

        RI ← (CI)                        Buscar a instrução, cujo endereço está em CI

        (CI) ← (CI) + 1                Conteúdo de CI é incrementado para o endereço da próxima instrução

        Interpretar o C.Op.                O decodificador recebe os bits do C.Op. e gera uma saída para a UC

        Buscar Op. (se houver)

        Executar a instrução

        Retornar

FUNCIONAMENTO DA UCP

Características de um processador simples a ser utilizado nos exemplos

1 – Palavra: 12 bits

2 – Endereços: 8 bits (256 células de memória)

3 – Células de 12 bits

4 – Instruções de 1 operando apenas, com C. Op. = 4 bits e campo operando = 8 bits

5 – Campo operando sempre indica o end. De memória do dado, exceto em instruções de desvio

6 – A UCP possui apenas um registrador de dados, o ACC, com 12 bits de tamanho, o RI, também com 12 bits de tamanho, o CI e o REM com 8 bits cada um e o RDM com 12 bits também

    C. Op.       Operando

4 bits            8 bits   

8 – Instruções disponíveis

FUNCIONAMENTO DA UCP

C. Op.        Sigla                Descrição

0                HLT                Para a execução do programa *** Halt, em inglês

1                LDA Op.        ACC ← (Op.) *** Load, em inglês

2                STR         Op.        (Op) ← ACC *** Store

3                ADD Op.        ACC ← ACC + (Op.)

4                SUB Op.        ACC ← ACC – (Op.)

5                JZ Op.                Se ACC = 0, então: CI ← Op.

6                JP Op.                Se ACC > 0, então: CI ← Op.

7                JN Op.                Se ACC < 0, então: CI ← Op.

8                JMP Op.        CI ← Op.

9                GET Op.        Ler dado da porta da entrada e armazená-lo em (Op.)

A                   PRT Op.                Colocar na porta referente à impressora o valor armazenado                         em (Op.)

LINGUAGEM DE MONTAGEM

• Uma linha de instrução em Assembly é composta de quatro partes

• Rótulo

• Indica um endereço significativo do programa (início do programa), o endereço de desvio em um loop e outros

• PROG, A, B, C, X

• Operação

• Contém o mnemônico predefinido para simbolizar a operação

• ADD, SUB, LDA, STR

• Operando

• Onde são inseridos os símbolos representativos dos endereços de memória ou dos registradores utilizados pela instrução para armazenar os respectivos dados referidos pela instrução

• A, B, C, X representam endereços de memória (onde estão os dados)

• Comentários

• Campo opcional, serve apenas para auxiliar na interpretação

BIBLIOGRAFIA

• MONTEIRO, M. A.. Introdução à Organização de Computadores. 4 ed. Rio
          de Janeiro: LTC, 2005.

• PATTERSON, D. A.; HENNESSY, J. L.. Organização e projeto de
          computadores: a Interface Hardware/software. 3.ed. Rio de Janeiro:
          CAMPUS, 2005.

• STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 5.ed.
          São Paulo: PRENTICE HALL BRASIL, 2002

• http://www.computerhistory.org

• http://www.ime.usp.br/~song/mac412/lei-moore.jpg

• http://www.olhardigital.com.br

• http://forum.outerspace.com.br/showthread.php?p=3682782

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