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1 Aula 2 – Sumário Transferências entre registos Notação utilizada Utilização de multiplexers, saídas tri-state e descodificadores Arquitectura básica.

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1 1 Aula 2 – Sumário Transferências entre registos Notação utilizada Utilização de multiplexers, saídas tri-state e descodificadores Arquitectura básica de um processador A máquina de von Neumann Datapath Palavras de controlo

2 2 Transferências entre registos

3 3 Registos Operações típicas Inicializar o registo a 0s – Clear (ou Reset) Carregar o registo com novos dados – Load Deslocar os bits dentro do registo – Shift Registo Conjunto de flip-flops e portas lógicas que permite o armazenamento e a manipulação de informação

4 4 Registos Exemplo de um circuito Linhas grossas são barramentos ou Bus Variáveis de controlo: L1 – Carregamento de R1 C1 – Clear de R1 (activo a low) L2 – Carregamento de R2 S – Selecção da operação: 0 – soma 1 – subtrai

5 5 Registos Exemplos de operações C1L1L2SOperação 0x0x R xNOP (não faz nada) 101x R2 D in 1100 R1 R1 + R R1 R1 – R R1 R1 + R2, R2 D in 1111 R1 R1 – R2, R2 D in

6 6 Notação utilizada DesignaçãoSignificadoExemplos Letras e númerosRegistosR0; AC; PC; IR Carregamento R3 R2 + R1; R0 4 VírgulaOperações em simultâneo R1 R0, R2 R3+R1 M[x]Conteúdo da posição de memória x R0 M[1023]; R2 M[R1] Conteúdo do endereço indicado pelo registo R1 Conteúdo do endereço 1023 OperaçãoSignificadoOperaçãoSignificado ~Negação (bit-a-bit)+Adição &AND (bit-a-bit)–Subtracção |OR (bit-a-bit) Multiplicação XOR (bit-a-bit)<

7 7 Utilização de multiplexers Selecção da origem de dados Variáveis de controlo C2C1Função 0x R0 R1 11 R0 R2

8 8 Utilização de multiplexers Exemplos de operações OperaçãoC1C0L2L1L0 R0 R R0 R1, R2 R R1 D in R0 R1, R2 R0 Impossível Bus de dados externos (exemplo: vindos da memória)

9 9 Utilização de multiplexers Selecção das operações L0S0Função 0x R0 ~R2 11 R0 R1 + R2

10 10 Utilização de saídas tri-state Princípio de funcionamento EnableAY 0x Y fica isolado de A (alta impedância) Y fica ligado a A

11 11 Utilização de saídas tri-state Registos bidireccionais Nota: existe uma saída tri-state por cada linha de dados Esquema Registo bidireccional com saídas tri-state

12 12 Utilização de saídas tri-state EN – Enable da saída Load – Carregamento OperaçãoE2E1E0L2L1L0 R0 R R0 R1, R2 R R1 D in R0 R1, R2 R0 Impossível Exemplos

13 13 Utilização de descodificadores Selecção do registo destino Selecção do registo fonte

14 14 Exemplo Fonte para o Bus A Fonte para o Bus B Destino De ou para a memória

15 15 Arquitectura básica de um CPU

16 16 Processador CPU (Central Processing Unit) É o principal responsável pela actividade de um computador Executa sequências de instruções definidas em programas Comunica com os restantes elementos do sistema através dos seus pinos, ligados a barramentos externos

17 17 A máquina de von Neumann John von Neumann ( ) Propôs uma arquitectura de computadores conhecida posteriormente como Máquina de von Neumann CPU composto por 3 unidades principais Banco de registos Unidade funcional Unidade de controlo O CPU executa instruções carregadas em memória – o programa

18 18 Estrutura básica de um CPU Guardam vários tipos de dados Operações aritméticas Operações lógicas Operações de deslocamento Gera os sinais que seleccionam a fonte e o destino dos dados, assim como a operação a realizar

19 19 Estrutura básica de um CPU Datapath

20 20 Datapath Com mais pormenor… Banco de registos Unidade funcional

21 21 Datapath Em blocos:

22 22 Datapath Contudo, o esquema ainda não está operacional Falta-lhe a possibilidade de comunicar com o exterior Com uma memória RAM, por exemplo E a possibilidade de carregar constantes Como resolver? Uma hipótese será: Acrescentar mais multiplexers e mais sinais de controlo Os barramentos A, B e C passam a ter funcionalidades adicionais: Bus A – para endereçar a memória Bus B – para constantes e dados a escrever na memória Bus C – para dados lidos da memória

23 23 Comunicação Datapath-Memória Selecção de dados vindos da memória Selecção de constantes Controlo de escrita/leitura na memória

24 24 Palavras de controlo Palavra de controlo ou Micro-instrução Combinação binária correspondente ao conjunto de todos os sinais de controlo Possível estrutura de uma palavra de controlo (para o esquema anterior):

25 25 Execução de uma instrução Palavra de controlo Estado Endereço de instrução Instrução Palavra de controlo Estado Palavra de controlo Estado


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