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Faculdade Lourenço Filho Redes do Computadores 2013.1 Unidade Central de Processamento UCP Cap. 06 Faculdade Lourenço Filho Prof. Antonio Filho.

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1 Faculdade Lourenço Filho Redes do Computadores Unidade Central de Processamento UCP Cap. 06 Faculdade Lourenço Filho Prof. Antonio Filho

2 Faculdade Lourenço Filho Informática

3 Faculdade Lourenço FilhoArquitetura de Computadores Informática -Eletrônica

4 Faculdade Lourenço Filho Evolução

5 Faculdade Lourenço Filho UCP O processado é o componente vital do sistema de computação, é responsável pela realização de qualquer operação realizada pelo computador  Efetua ações Internas  Em decorrência da interpretação de uma instrução emite sinais de controle para os demais componentes.

6 Faculdade Lourenço Filho Função do Processador  Consiste nas seguistes etapas: 1º Buscar uma instrução na memória; 2º Interpretar que operação a instrução esta explicitando (soma de 2 números por ex.; 3º Buscar os dados onde estiverem armazenados; 4º executar efetivamente a operação com os dados, guardar o resultado 5º reiniciar o processo buscando uma nova instrução

7 Faculdade Lourenço Filho  A Unidade Central de Processamento - UCP (Central Processing Unity - CPU) é a responsável pelo processamento e execução dos programas armazenados na MP. As funções da UCP são: Executar as instruções e controlar as operações no computador (hardwares da máquina). UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO UCP

8 Faculdade Lourenço Filho Unidade Central de Processamento -UCP Os registradores são utilizados como locais de armazenamento temporário de dados provenientes da memória destinados à UAL, ou vice-versa. Os principais registradores utilizados na arquitetura de Von Neumann e suas respectivas funções são os seguintes... Contador de Instruções (CI, do inglês ``Instruction Counter'') : contém o endereço da memória cujo conteúdo deve ser interpretado como a próxima instrução. Registrador de Instrução (IR, do inglês ``Instruction Register'') : contém a próxima instrução a ser executada. Registrador de Endereço da Memória - REM (MAR, do inglês ``Memory Address Register'') : contém o endereço da posição da memória a ser lida ou escrita. Registrador de Dados da Memória - RDM (MDR, do inglês ``Memory Data Register'') : contém o dado a ser lido ou escrito na memória.

9 Faculdade Lourenço Filho  A UCP é composta de duas partes: ULA – Unidade Lógica e Aritmética - tem por função a efetiva execução das instruções de operações matemáticas: Soma; Subtração, Multiplicação,divisão, operações lógicas OR,AND,NOT,XOR e etc. UC - Unidade de Controle - É o dispositivo mais complexo da UCP. Ele possui a lógica necessária para realizar a movimentação de dados e de instruções de e para a UCP, através dos sinais de controle que emite em instantes de tempo programados. UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO

10 Faculdade Lourenço Filho Diagrama esquemático de uma UCP - II Controle Dados e Endereços

11 Faculdade Lourenço Filho Registradores Importantes na UCP  Na UC - CI Contador de Instruções - armazena o endereço da próxima instrução a ser executada.  Na UC – RI Registrador de Instrução - armazena a próxima instrução a ser executada.  Na ULA - ACC Acumulador - armazena os dados (de entrada e resultados) para as operações na ULA; 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.

12 Faculdade Lourenço Filho O que é uma Instrução de Máquina?  Instruções  São comandos fornecidos ao processador para que ele execute uma tarefa específica (soma, teste, desvio, etc.).  Uma série dessas instruções constituem um programa.  Cada computador (leia-se processador) tem um repertório particular de instruções, cuja rapidez de execução é um fator determinante na “potência de computação” (desempenho /performance) da máquina.

13 Faculdade Lourenço Filho Instruções  Para que um programa possa ser executado por um computador. Ser constituído de uma série de instruções de máquina e estar armazenado em células da memória principal. A UCP é responsável pela execução das instruções que estão na “memória”.

14 Faculdade Lourenço Filho Exemplo de instrução  Se instruída uma máquina pode executar tarefas complicadas e sucessivas. Ex.: “Trazer a pasta da funcionária Marta” Se essa tarefa fosse dada a máquina ( e ela não tivesse qualquer orientação prévia armazenada) ela não conseguiria realizar essa tarefa

15 Faculdade Lourenço Filho Exemplo de instrução  No exemplo em questão a máquina deveria receber um conjunto de instruções da seguinte forma : 1. Achar arquivo (EX.: arquivo 10). Se não houver arquivo vá p/3; senão, prosseguir * Comparar nº arquivo com nº arquivo que contém a pasta da funcionária * Se os números iguais, então prosseguir; senão, voltar p/1. 2. Achar uma pasta. Se não houver mais pastas, vá p/3; se não prosseguir * Comparar o nome da pasta com nome dado * Se forem iguais então prosseguir; senão voltar p/2 * retirar a pasta * Entregar a pasta para quem pedir 3. Parar

16 Faculdade Lourenço Filho Exemplo de instrução  Podemos, por exemplo fabricar um processador cuja a ULA possa executar operações de soma e de multiplicação. Mas não do tipo. X = A + B*C A ULA tem que ser instruída para executar T = B*C, em seguida ela realizará a informação, X = A + T

17 Faculdade Lourenço Filho  Quem executa um programa é o hardware e o que ele espera encontrar é um programa em linguagem de máquina. Ou seja, seqüência 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 de instruções da máquina. Instruções – do ponto de vista Físico

18 Faculdade Lourenço Filho Formato geral de uma Instrução  Podemos separar o grupo de bits de uma instrução em duas partes 1. Indica o que é a instrução e como será executada. 2. Refere-se aos destinos dos dados que serão manipulados É um processo realizado através de dois códigos Código de Operação ou OPCODE – Tipo de operação Operando(s) - dados

19 Faculdade Lourenço FilhoArquitetura de Computadores Formato geral de uma Instrução  Código de Operação ou OPCODE Identifica a operação a ser realizada pelo processador. É o campo da instrução cuja valor binário (código binário) identifica a operação a ser realizada  Operando(s) Em geral, um operando é o campo da instrução que indica o endereço de memória onde está contido a informação que será manipulada, ou pode conter o endereço onde o resultado da operação será armazenado.

20 Faculdade Lourenço Filho Formato geral de uma Instrução Op COD. – Tem apenas um campo de bits Operando - dependendo da instrução pode ter mais campos

21 Faculdade Lourenço Filho  Em linguagens de programação de computador, as definições de operador e operando são quase as mesmas da matemática.linguagens de programaçãocomputadoroperador MOV DS, AXMOV  onde o valor no operando registrador AX deve ser movido para o registrador DS. Dependendo da instrução, pode haver, um, dois ou mais operandos.instrução

22 Faculdade Lourenço Filho Critérios para Determinação do Formato de Instruções  Em geral as instruções pequenas são mais atraentes do que as grandes. Por que? A banda passante (número de bits por segundo que a memória é capaz de liberar) da memória tem crescido menos que a velocidade dos processadores. As memórias atuais não têm a capacidade de suprir instruções na velocidade que o processador pode consumi-las. EX.: Um programa feito com instruções de 16 bits gasta metade do espaço de memória de um programa com instruções de 32 bits. Deve-se considerar, também, a taxa de crescimento do preço de memória e a taxa de crescimento do tamanho dos programas. Código OperaçãoOperando 8 bits Tamanho da instrução 16 bits

23 Faculdade Lourenço Filho  Por outro lado, a minimização do tamanho das instruções pode dificultar muito a sua decodificação. O projetista é obrigado a usar um conjunto restrito de códigos para as instruções e o projeto pode não ser flexível. Critérios para Determinação do Formato de Instruções

24 Faculdade Lourenço Filho Conjunto de Instruções  Quando se projeta um hardware:  Define-se o seu conjunto instruções elementares que o hardware é capaz de executar.  O projeto de um processador esta diretamente ligado nesse conjunto de instruções. Quanto menor e mais simples for este conjunto de instruções, mais rápido pode ser o tempo de acesso do processador.

25 Faculdade Lourenço Filho  Funcionalmente, um processador precisa possuir instruções para realizar operações como: aritméticas: +, -, ×, ÷... lógicas: and, or, xor,... operações de movimentação de dados (memória,UCP,reg.) operações de entrada e saida (leitura e escrita em dispositivos de E/S) operações de controle (desvio de seqüência de execução, parada) Conjunto de Instruções

26 Faculdade Lourenço Filho Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes Transferência de dados.

27 Faculdade Lourenço Filho Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes Artiméticas

28 Faculdade Lourenço Filho Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes Lógicas

29 conversão Faculdade Lourenço FilhoArquitetura de Computadores

30 Entrada/Saída Faculdade Lourenço FilhoArquitetura de Computadores

31 Faculdade Lourenço Filho  O projeto de um processador poderia ser resumido em: Definir o conjunto de instruções (todas as possíveis instruções que o processador poderá executar) Definir formato e tamanho das instruções; Definir as operações elementares; Projetar os componentes do processador (ULA, UC, registradores, barramentos,...) Projetar um Processador

32 Faculdade Lourenço Filho Primeiramente, o programa a ser executado precisa ser carregado (armazenado) na MP, tarefa do Sistema Operacional, que também se encarrega de informar à UCP onde o programa começa. O Sistema Operacional faz isto "setando" o Contador de Instruções (isto é, colocando no CI o endereço da MP onde está localizada a primeira instrução daquele programa). A partir daí se realiza o processamento automático, executando-se as instruções seqüencialmente uma a uma, o que é obtido através do incremento automático do CI. Ciclo de Instrução

33 Faculdade Lourenço Filho Ciclo de Instrução  As instruções são executadas sequencialmente, uma a uma. O contador de instruções - CI indica a seqüência de execução, isto é, o CI controla o fluxo de execução das instruções. Descrição do processamento de uma instrução na UCP: - a UC lê o endereço da próxima instrução no CI; - a UC transfere o endereço da próxima instrução, através do barramento interno, para o REM;

34 Faculdade Lourenço Filho Ciclo de Instrução- pouco mais de detalhe  1 - A UCP busca o código de operação na MP e armazena no Registrador de Instrução CI - A UC lê o conteúdo do CI (endereço da próxima instrução ) e coloca o endereço no REM; read - a UC envia um sinal à memória de operação de leitura (memory read), via barramento de controle; - a memória lê o endereço que está no REM, via barramento de endereços, e busca o conteúdo da célula referenciada; - a memória coloca no RDM, via barramento de dados, o conteúdo da célula lida; - a memória envia à UC, via barramento de controle, um sinal de "leitura concluída"; - a UC transfere o código de operação (o conteúdo do RDM) ao RI Finaliza um ciclo.

35 Faculdade Lourenço Filho Fim de aula


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