RAMUART PCI IDE. Microprocessador -> CPU encapsulada em um único circuito integrado. Pelo fato de concentrar apenas a função de controle no “chip”,

Apresentação em tema: "RAMUART PCI IDE. Microprocessador -> CPU encapsulada em um único circuito integrado. Pelo fato de concentrar apenas a função de controle no “chip”,"— Transcrição da apresentação:

1 RAMUART PCI IDE

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3 Microprocessador -> CPU encapsulada em um único circuito integrado. Pelo fato de concentrar apenas a função de controle no “chip”, as aplicações de microprocessadores são complexas voltadas para multimídia (controle de som + imagem + comunicação). Exemplo: - Microprocessador Pentium IV da Intel. A aplicação do Pentium é em computadores multimídia. - Microprocessador ARM voltado para aplicações multimídia dedicadas. Microcontrolador -> CPU + MEMORIA + PERIFËRICOS encapsulados em um único circuito integrado. Dedicado a funções menos complexas de controle. Normalmente está “embarcado” em equipamentos dedicados. Utiliza o conceito de “firmware” para o programa dedicado. Ex: - Microcontrolador 8051 da Intel (89S51 – Atmel; LPC932 – NXP) - Microcontrolador PIC12F628A Microchip - Microcontrolador MC9RS08LC60 Freescale.

4 Unidade Central de Processamento : Controle de Todo o Sistema; Manipulação dos Dados; Acessa e interpreta instruções do programa contido na memória; Executa operações Lógicas e Aritméticas Memória : Armazena os Programas; Armazena os Dados que serão manipulados; Dispositivos de Entrada e Saída : Conexão do computador com sistemas externos Barramento de Dados : Linhas paralelas que permitem a comunicação bidirecional entre CPU, Memórias e Dispositivos de IO. Somente um dispositivo utiliza o barramento de cada vez. Barramento de Endereços : Linhas paralelas unidericionais pelas quais a CPU habilita qual dispositivo utilizará o barramento de dados. Barramento de Controle : Linhas por onde trafegam os sinais de controle e sinalização do sistema.

5 Memória: Bloco semicondutor com capacidade de armazenar informações. Armazena basicamente as instruções a serem processadas (através de seus códigos de operação), variáveis (como resultados de operações da C.P.U.) ou dados de entrada e saída dos periféricos. O programa a ser processado deve necessariamente estar presente na memória (por isso o tamanho cada vez maior das memórias voláteis - RAMs - dos computadores atuais, pois os programas têm tamanhos cada vez maiores). A memória dos computadores pode ser dividida em volátil (RAM estática / dinâmica) e não voláteis (ROM / PROM / EPROM / E2PROM - FLASH). Em computadores pessoais temos o conceito de BIOS (programa de inicialização de periféricos) + SISTEMA OPERACIONAL ( interface gráfica amigável ao usuário) + APLICATIVO (programa final). Periféricos: Bloco de comunicação do conjunto CPU / memória com o meio exterior. Pode ser caracterizado como entrada (teclado, mouse, etc.) ou saída (monitor, impressora, plotter, etc.). É a interface de comunicação com o usuário e a parte do sistema que normalmente tem acesso. Em microcontroladores estes periféricos são menos complexos, como PORTS, TIMERS, UARTS, CONVERSORES A/D e D/A, SPI / I2C, etc.

6 - Barramento de Dados (Data Bus): carrega a informação da instrução (através do código de operação), variável do processamento (cálculo intermediário de uma fórmula por exemplo) ou informação de um periférico de E/S (dado digitado em um teclado). O tamanho da via de dados determina respectivamente o máximo número de instruções (e portanto o potencial de processamento) e a precisão do processamento aritmético (através do cálculo de ponto flutuante) ou o número de símbolos possíveis a ser representado (por exemplo, pontos de uma foto). Exemplo: 1) - O processador 8085 possui 8 bits no barramento -> máximo de 256 instruções e variáveis numéricas entre -127 a +127 (ou 0 a 255). 2) - O processador Pentium possui 32 bits no barramento -> variáveis numéricas entre - 2147483648 e + 2147483648. Barramento de Endereço (Address Bus) : carrega a informação binária da localização de um dado de memória ou E/S. A capacidade de acesso é determinada pela expressão 2n. O tamanho do barramento de endereço acompanhou a evolução do poder de processamento do microprocessadores já que foi necessário cada vez mais memória para armazenar uma quantidade cada vez maior de dados. Exemplo: - 8085 -> 16 bits na via de endereço -> 216 = 65512 kbytes - 8088 -> 20 bits na via de endereço -> 1 Mbyte

7 Barramento de controle (Control Bus): Agrupa todos os sinais necessários ao controle da transferência de informação entre as unidades do sistema. Habilita e desabilita periféricos, regula o modo de operação R, W, etc ULA: A Unidade Lógica Aritmética (ULA) é um bloco que executa operações aritméticas e lógicas. Entre as operações aritméticas que excuta, ela soma, subtrai, divide e determina se um número é positivo ou negativo ou se é zero. Ela pode também executar funções lógicas como "E", "OU" ou "OU EXCLUSIVO".

8 Von Neuman (1903 - 1957) Unidade de Controle Unidade Lógica e Aritmética Memória I/O VIA DE ENDEREÇOS VIA DE DADOS VIA DE CONTROLE UCP

9 Von Neuman (1903 - 1957) Harvard

10 FlipFlops:  Tem apenas dois estados estáveis(1/0, Alto/Baixo) e possui a capacidade de reter seu estado.  Tem dois estados de saída sendo um o complemento do outro.  Pode ser sensível ao nível(estado da entrada) ou a mudança de nível(borda de subida ou descida). Registrador é o elemento básico de memória em um sistema computacional. Um registrador é a ligação de FlipFlops sincronizados pelo mesmo relógio. O conteúdo de cada FlipFlop normalmente está associado a um bit de informação.

11 Nunca muda de estado se as entradas R(reset) e S(set) são 0. Com 0 na entrada S e um na entrada R passa para o estado Q(saída)=0. Com 1 em S e 0 em R passa para o estado Q=1. R e S em 1 não definem um estado válido. RSQ 00Q0Q0 100 011 11ND

12 Funciona como uma unidade de atraso, sua saída Q apresenta o estado da entrada D anterior ao último pulso de clock.. DQ 0D0D0 1D0D0

13 Funciona similarmente ao RS porém apresenta um clock e inverte seu ultimo estado quando apresentar ambas entradas em nível lógico 1. JKQ 00Q0Q0 101 010 11Q0Q0  Note que o FlipFlop D apresenta lógica baixa na entrada ao contrário do JK.

14 Considerando dois registradores (A e B) formados por n(tamanho da palavra) flipflops JK. A transferência de informação de a para b será efetuada quando o sinal de clock global do sistema juntamente com o sinal de controle (MOVE A -> B) ativarem o clock dos flipflops do registrador B, mantendo o conteúdo de A inalterado. Monte um circuito de transferência de 2 bits usando flipFlops JK. Exercício 2.1®:

15 Considerando dois registradores (A e B) formados por n(tamanho da palavra) flipflops JK. A transferência de informação de a para b será efetuada quando o sinal de clock global do sistema juntamente com o sinal de controle (MOVE A -> B) ativarem o clock dos flipflops do registrador B, mantendo o conteúdo de A inalterado.

16 A saída do registrador será complementada ao sinal de clok. Essa operação é executada, por exemplo, para realizar subtração em circuitos somadores.

17 Essa operação tem a propriedade de deslocar os bits de um registrador com flipflops ligados em cadeia. Costuma ser utilizado para operações de multiplicação.

18 Operações de incremento e decremento são muito utilizadas em sistemas computacionais, desde a contagem de posições em vetores à marcação de posição de execução de um programa. Um contador pode ser controlado como crescente ou decrescente. Ainda pode ser síncrono ou Assincrono.

19 Monte um contador BCD, isto é um incrementador que reset quando chegar em 1010. Exercício 2.2: Monte um circuito capaz de efetuar somas com sinal e multiplicação de dois números binários de 4 bits. Esse circuito poderá ainda operar comparação de magnitude(,=). Use portas lógicas e flipflops a vontade. Exercício 2.3 **DESAFIO**:

20 Unidade de Controle Unidade Lógica e Aritmética UCP Unidade Central de Processamento : Unidade Lógica e Aritmética Unidade de Registros Unidade de Controle

21 Sistema hipotético:

22 Definiremos um sistema hipotético que possui uma ULA que opera dois registradores de 8 bits (A e B) e possui outro (F) para apresentar a saída com os seguintes Controles:  M, S1 e S2 seleciona a operação a ser executada conforme a tabela:  STA e STB carrega o conteúdo do barramento de Dados nos registradores A e B respectivamente.  OE carrega o conteúdo de F no barramento de Dados. S0S1M=0 op.AritméticasM=1 op.Lógicas 00F = A plus BAND 01F = A minus BOR 10F = A X BNOT 11F = A /BXOR

23 Registros A e B : Registros de Propósito geral: armazenam informações variadas a serem processadas: LD : Carrega inf. Do bar. De dados. OE Entrega o conteúdo armazenado para o bar. De dados Registro RI: Registrador de Instruções: Armazena o código da instrução a ser executada. LD : Carrega inf. Do bar. De dados. Registro REM: Registrador de endereço de memória: Armazena o endereço de memória a ser acessado.

24 Un. de Registros Registro PC: Contador de Programa: Armazena o endereço da próxima instrução a ser buscada na memória. É incrementado a cada busca. CKEN : Habilita incremento pelo Clock do sistema. PCldl e PCldh: Carrega informação do Bar. De dados, bits menos significativos e mais significativos respectivamente. Registro PSW: Registrador de Status: Armazena informações relevantes ao funcionamento da UCP.

25 Unidade de Controle : É a unidade que controla a execução das instruções: Extrai a instrução da memória principal. Interpreta o Código de operação (na ROM). Controla a execução da instrução pelo sequenciamento dos sinais de controle. Recebe o código da instrução proveniente de RI e possui um sequenciador que incrementa os bits menos significativos de endereço da ROM executando assim as microinstruções :

26 Unidade de Controle : Além dos controles: M, S1, S0, STA, STB, OEalu => Unidade Lógica e Aritmética Ckenpc, LDpch, LDpcl, LDa, OEa, LDb, OEb, LDri, Ldrem, Ckenrem Comanda: MREQ(habilita memória),IORQ(habilita i/o),RD(leitura do dispositivo), WR(escrita no dispositivo).

27 Transferência de dados : Transfere dados ou blocos de dados entre os registradores, posições de memória e barramento de dados. MOVE A, B Tratamento de operandos: Realizam operações aritméticas ou lógicas. ADD A, B TIPOS DE INSTRUÇÕES Instruções de desvio: Determinam desvio no fluxo do programa. JMP, Jcond, JSR, RET Entrada/Saída: Comunicação da UCP com interfaces de I/O. IN port Miscelânea: Instruções especiais de um processador em particular.

28 Fase de Busca(fetch) : É o ciclo de máquina para leitura do código de operação(c.o), a primeira palavra da instrução. O ciclo de busca é idêntico para qualquer instrução. Fase de Execussão : São os ciclos de máquinas necessários para busca das palavras restantes da instrução e execução dessa. É diferente e compreende números de ciclos de máquina diferentes para cada instrução. Ciclo de Máquina : É 1(UMA) seqüência de microoperações que são executadas caracterizando uma operação. A execução de instruções é dividida em ciclos de máquina.

29 Instrução Ciclo Microprograma Microinstruções Microoperações Microcomando

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31 00 1

32 01 00 05h 2

33 00 02 00 05h 00 05h 3

34 05 00 01 00 05 00 05 3d 4

35 05 01 00 05 00 05 3d 5

36 00 01 00 05 00 05 3d 6

37 00 01 27 01 05 3d 7

38 00 02 01 27 01 3d 27 8

39 00 02 01 27 01 3d 27 9

40 01 02 01 27 01 3d 27 3d 10

41 27 02 6d 02 3d 27 3d 11

42 27 03 02 6d 02 3d 27 3d 6d 12

43 27 04 03 02 6d 02 3d 27 3d 6d 13

44 27 05 03 02 6d 02 3d 27 3d 6d 9d 14

45 00 03 02 6d 02 3d 27 3d 6d 9d 15

46 00 03 02 6d 02 3d 27 3d 6d 9d 16

47 2: { 3: int x,a; 4: x = 20; C:0x0800 7F14 MOV R7,#0x14 5: x = x + 5; C:0x0802 7405 MOV A,#0x05 C:0x0804 2F ADD A,R7 C:0x0805 FF MOV R7,A C:0x0806 E4 CLR A C:0x0807 33 RLC A 6: a = x; C:0x0808 F508 MOV 0x08,A C:0x080A 8F09 MOV 0x09,R7 7: } C:0x080C 22 RET...

48 Endereço de Retorno em Pilha As pilhas normalmente são definidas dentro da própria memória O registrador SP(Stack Pointer) contém o endereço da 1ª posição livre na pilha. Sub-Rotinas : Endereço de Retorno junto à Sub-Rotina Armazena-se a primeira palavra para o endereço de retorno(DS). Chamada : JSR SUB (Sub está armazenada a partir da posição de memória endsub) endsub <- (PC) PC <- endsub +1 Retorno: JUMP(SUB) PUSH PC (SP) <- (PC) SP <- (SP)+1 JUMP endsub POP PC (SP) <- (SP)-1 PC <- ((SP))

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