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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.

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2  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

3  A função do processador é executar programas: ◦ Um programa executável é constituído de um conjunto de instruções de máquina seqüencialmente organizadas

4  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

5  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

6 ◦ Executa efetivamente a operação com os dados buscados e guarda o resultado no local definido na instrução ◦ Reinicia o processo buscando uma nova instrução  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

7 Buscar a próxima instrução Início Interpretar instrução (decodificar) Buscar operandos Executar instrução Armazenar resultados Fim

8  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

9  Para efeito didático, o processador executará as instruções seqüencialmente ◦ Processo lento e pouco eficiente  Os processadores atuais utilizam a técnica pipeline ◦ Execução de instruções em paralelo

10  O diagrama de blocos a seguir 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

11  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

12 ULA Registradores 0 a R-1 ACC UC Decodificador de instruções RI PC RDM REM Barramento de endereços Barramento de dados Relógio Barramento de controle

13 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

14 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

15  Operações da ULA: Soma Multiplicação Subtração Divisão Operação AND Operação OR Operação XOR Deslocamento à direita Deslocamento à esquerda Incremento Decremento

16  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

17  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

18  Para comparar processadores em relação ao tamanho da palavra, considere a seguinte operação: ◦ 3A C (A + B) ◦ Ambos números inteiros, sem sinal com 16 bits de tamanho cada um

19 Regs de 8 bits C 3A + 17 CPU 3A C 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

20 Regs de 16 bits 3A C CPU 3A C 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

21  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

22  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

23  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

24  Durante um ciclo de clock ocorre a realização de uma operação elementar do ciclo de instrução  Uma operação elementar não se realiza em um só passo logo o ciclo de clock é dividido em ciclos menores (subciclos)  Os passos de uma operação elementar denominam-se microoperações

25 Gerador de tempo Unidade de controle Relógio t0 t1 t2 t3 t4 t5 Um clock t0 e seus 5 subclocks Processador: Relógio

26 Buscar a próxima instrução Início Interpretar instrução (decodificar) Buscar operandos Executar instrução Armazenar resultados Fim Passo elementar que ocorre em um ciclo de clock

27 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

28 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

29 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

30 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

31 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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