Unidade Central de Processamento UCP

Apresentação em tema: "Unidade Central de Processamento UCP"— Transcrição da apresentação:

1 2013.1 Unidade Central de Processamento UCP
Redes do Computadores Unidade Central de Processamento UCP Cap. 06 Faculdade Lourenço Filho Prof. Antonio Filho Faculdade Lourenço Filho

2 Informática Faculdade Lourenço Filho

3 Informática -Eletrônica
Faculdade Lourenço Filho Arquitetura de Computadores

4 Evolução Faculdade Lourenço Filho

5 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. Faculdade Lourenço Filho

6 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 Faculdade Lourenço Filho

7 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO UCP
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). Faculdade Lourenço Filho

8 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. Faculdade Lourenço Filho

9 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO
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. Faculdade Lourenço Filho

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

11 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. Faculdade Lourenço Filho

12 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. Faculdade Lourenço Filho

13 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”. Faculdade Lourenço Filho

14 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 Faculdade Lourenço Filho

15 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 Faculdade Lourenço Filho

16 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 Faculdade Lourenço Filho

17 Instruções – do ponto de vista Físico
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. Faculdade Lourenço Filho

18 Formato geral de uma Instrução
Podemos separar o grupo de bits de uma instrução em duas partes Indica o que é a instrução e como será executada. 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 Faculdade Lourenço Filho

19 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. Faculdade Lourenço Filho Arquitetura de Computadores

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

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

22 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 Operação Operando 8 bits Tamanho da instrução 16 bits Faculdade Lourenço Filho

23 Critérios para Determinação do Formato de Instruções
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. Faculdade Lourenço Filho

24 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. Faculdade Lourenço Filho

25 Conjunto de Instruções
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) Faculdade Lourenço Filho

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

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

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

29 Arquitetura de Computadores
conversão Faculdade Lourenço Filho Arquitetura de Computadores

30 Arquitetura de Computadores
Entrada/Saída Faculdade Lourenço Filho Arquitetura de Computadores

31 Projetar um Processador
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, ...) Faculdade Lourenço Filho

32 Ciclo de Instrução 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. Faculdade Lourenço Filho

33 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; Faculdade Lourenço Filho

34 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; - 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. Faculdade Lourenço Filho

35 Fim de aula Faculdade Lourenço Filho