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PublicouJudite Carlos Taveira Alterado mais de 7 anos atrás
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Todo processador é constituído de circuitos capazes de realizar algumas operações primitivas: Somar e subtrair Mover um dado de um local de armazenamento para outro Transferir um dado para um dispositivo de saída Etc...
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A função do processador é executar programas: Um programa executável é constituído de um conjunto de instruções de máquina seqüencialmente organizadas
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Para que a execução de um programa tenha início é necessário que: As instruções devem estar armazenadas em células sucessivas, na MP ou MC O endereço da primeira instrução deve estar armazenado no processador
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A partir daí, o processador: Busca uma instrução (op. de leitura), uma de cada vez, cujo endereço deve estar armazenado em um registrador específico Interpreta a instrução Busca os dados (operandos) onde estiverem armazenados, para trazê-los até o processador
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Executa efetivamente a operação com os dados buscados e guarda o resultado no local definido na instrução Reinicia o processo buscando uma nova instrução
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Os passos descritos formam um ciclo de instrução e ele é repetido até que seja encontrada uma instrução de parada ou até que ocorra algum erro
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Buscar a próxima instrução Início Interpretar instrução (decodificar) Buscar operandos Executar instrução Armazenar resultados Fim
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As atividades do processador estão divididas em duas categorias: Função de processamento Função de controle Busca, interpretação e controle da execução das instruções Controle dos componentes do sistema
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Para efeito didático, nosso processador executará as instruções sequencialmente Processo lento e pouco eficiente Os processadores atuais utilizam a técnica pipeline Execução de instruções em paralelo
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Veremos o funcionamento do pipeline em um módulo separado... Apenas para contextualizar, considere a seguinte situação: Processo de lavagem, secagem e armazenamento de 4 trouxas de roupas sujas (A, B, C e D); As trouxas não podem ser misturadas As roupas de determinada trouxa devem ser lavadas em uma máquina, secadas em outra, dobradas, e por último armazenadas (4 passos) Cada passo consome 30 minutos
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Lavagem de Roupas sem Pipeline
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Serão gastas 8 horas para lavar as 4 trouxas O tempo gasto para lavar cada trouxa é de 2 horas
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O que podemos fazer para otimizar o desempenho da lavagem de roupas? Será que podemos iniciar o processo de lavagem da segunda trouxa assim que a máquina for liberada pela lavagem da primeira trouxa?
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Lavagem de Roupas em Pipeline
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Com a sobreposição das 4 tarefas, as trouxas ficarão prontas em 3 horas e meia O tempo decorrido entre o momento em que um par de meias é colocado na lavadora até o momento em que ele estará seco, dobrado e guardado no armário não diminui com a técnica de pipeline O tempo gasto para lavar cada trouxa continua sendo de 2 horas
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O diagrama de blocos que veremos ilustra os principais componentes de um processador e sua organização lógica Não se trata de uma organização física Os componentes principais são: ULA (Unidade Lógica Aritmética) UC (Unidade Controle) Banco de Registradores
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Registradores específicos RI - registrador de instrução: armazena instrução corrente em execução CI (contador de instruções) ou PC (Program Counter): armazena o endereço da próxima instrução ACC: acumulador RDM: registrador de dados da memória REM: registrador de endereço da memória Registradores de propósito geral: 0 a R-1
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ULA Registradores 0 a R-1 ACC UC Decodificador de instruções RI PC RDM REM Barramento de endereços Barramento de dados Barramento de controle Relógio
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Operações da ULA: Soma Multiplicação Subtração Divisão Operação AND Operação OR Operação XOR Deslocamento à direita Deslocamento à esquerda Incremento Decremento
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As operações podem utilizar: Dois operandos pois a ULA tem somente duas entradas Um operando no caso do incremento ou decremento A saída da ULA está ligada diretamente aos registradores, através do barramento interno
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A capacidade de processamento de uma CPU (velocidade que ela executa uma instrução) é determinado pelo tamanho da palavra O tamanho da palavra determina o tamanho da ULA, do barramento interno e dos registradores
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Para comparar processadores em relação ao tamanho da palavra, considere a seguinte operação: 3A25 + 172C ; que corresponde a (A + B) Ambos números inteiros, sem sinal com 16 bits de tamanho cada um
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Regs de 8 bits 25 + 2C 3A + 17 CPU 3A 25 17 2C MP 8 bits Barramento de dados 8 bits Processador com palavra de 8 bits A operação de soma é realizada em duas etapas A B
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Regs de 16 bits 3A25 + 172C CPU 3A 25 17 2C MP 8 bits Barramento de dados 16 bits Processador com palavra de 16 bits A operação de soma dos mesmos números é realizada em uma etapa A B
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O tamanho da palavra influencia também no tamanho do barramento de dados Para melhor desempenho, o BD deve ter uma palavra de largura Se a largura do barramento for menor, por exemplo, metade da palavra, seriam necessários dois ciclos de tempo do barramento
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O tamanho da palavra influencia também na organização da memória A memória está organizada em bytes mas os dados que se movimentam entre processador e memória devem estar organizados em palavras Se isto não ocorrer, o processador ficará em estado de espera (wait state) até que a palavra completa seja transferida A transferência irá gastar mais de um ciclo de memória
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Dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo A quantidade de vezes que o pulso se repete em um segundo define a freqüência A freqüência é usada para definir a velocidade do processador
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Durante um ciclo de clock ocorre a realização de uma operação elementar do ciclo de instrução Como uma operação elementar não se realiza em um só passo, o ciclo de clock é dividido em ciclos menores (subciclos) Os passos de uma operação elementar denominam-se microoperações
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Gerador de tempo Unidade de controle Relógio t0 t1 t2 t3 t4 t5 Um clock t0 e seus 5 subclocks Processador: Relógio
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Buscar a próxima instrução Início Interpretar instrução (decodificar) Buscar operandos Executar instrução Armazenar resultados Fim Passo elementar que ocorre em um ciclo de clock
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Buscar a próxima instrução O reg. de instruções recebe a instrução buscada RI RDM O RDM recebe a instrução RDM Mem Incrementar o CI para armazenar o endereço da próxima instrução PC PC + N Colocar o endereço da instrução a ser buscada no REM REM (PC) Microoperações Para a busca de uma instrução subciclo
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ULA Registradores 0 a R-1 ACC UC Decodificador de instruções RI 1000 RDM 1000 Barramento de endereços Barramento de dados Relógio Barramento de controle 1000 PC REM REM (PC) 1000
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ULA Registradores 0 a R-1 ACC UC Decodificador de instruções RI 1000 RDM REM Barramento de endereços Barramento de dados Relógio Barramento de controle PC CI CI + N 1000 1004
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ULA Registradores 0 a R-1 ACC UC Decodificador de instruções RI 1004 A = B + C REM Barramento de endereços Barramento de dados Relógio Barramento de controle PC RDM Mem RDM
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ULA Registradores 0 a R-1 ACC UC Decodificador de instruções A = B + C 1004 A = B + C REM Barramento de endereços Barramento de dados Relógio Barramento de controle PC RI RDM A = B + C RI RDM
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