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Organização e Arquitetura de Computadores I Microarquitetura

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Apresentação em tema: "Organização e Arquitetura de Computadores I Microarquitetura"— Transcrição da apresentação:

1 Organização e Arquitetura de Computadores I Microarquitetura
Ivan Saraiva Silva

2 Sumário Unidades lógicas Microarquitetura MIC
Parte Operativa e Parte de Controle MIC – Parte Operativa Leitura e Escrita em Registradores

3 Microarquitetura Uma Microarquitetura é dividida em uma Parte Operativa e uma Parte de Controle Parte Operativa (ou Caminho de Dados) Constituida de todos os componentes responsáveis pela execução das operações elementares sobre os dados (transformações nos dados) Parte de Controle Constituída de circuitos sequenciais e/ou memória de programa que gera o controle ciclo-a-ciclo da parte operativa

4 MIC O MIC é uma microarquitetura didática usado por Tannenbaum
Existem algumas versões do MIC: MIC-1, MIC-2, MIC-3 e MIC-4 MIC é uma máquina multicíclo O MIC é constituído de: Pequeno conjunto de instruções um banco de registradores Uma ULA Três barramentos internos

5 MIC (Tanenbaum) Parte Operativa Parte de Controle

6 MIC: Parte de Controle Parte Operativa MIR Registrador de Controle

7 MIC: Parte de Controle Parte Operativa MIR Micro MEM Registrador
Memória de Controle

8 MIC: Parte de Controle Parte Operativa MIR Micro MEM Registrador
Memória de Controle Seqüenciador

9 MIC: Parte de Controle Parte Operativa MIR Micro MEM Lógica de
Cálculo do MPC MIR Registrador de Controle Micro MEM Memória de Controle Registrador MPC Seqüenciador

10 LEITURA E ESCRITA NA MEMÓRIA
MIC: Parte Operativa Uma microarquitetura executa instruções que são armazenadas na memória Recupera e armazena dados em memória LEITURA E ESCRITA NA MEMÓRIA Necessita de registradores de endereço e dados Necessidade de barramentos de endereços e dados

11 MIC: Parte Operativa MAR MBR

12 MIC: Parte Operativa Instruções de um programas são executados segundo uma ordem precisa Uma microarquitetura necessita saber, sempre, qual a próxima instrução a ser executada APONTADOR DE PROGRAMA Necessidade de um registrador apontador de programa (PC) Necessidade de realização de operações sobre o conteúdo do PC, para atualização a cada instrução executada.

13 MIC: Parte Operativa MAR MBR

14 MIC: Parte Operativa MAR MBR B C A P C 1

15 REGISTRADOR DE INSTRÇÕES
MIC: Parte Operativa A Instrução lida da memória é armazenada para decodificação e uso futuro. REGISTRADOR DE INSTRÇÕES Necessidade armazenamento dos dados vindos da memória Necessidade de um registrador de instrução

16 MIC: Parte Operativa MAR MBR B C A P C 1

17 MIC: Parte Operativa MAR MBR B C A P C I R T I R 1

18 CAMINHO PARA A SAÍDA DE DADOS
MIC: Parte Operativa O processo de escrita de dados na memória também utiliza os registradores e barramentos de dados e endereços CAMINHO PARA A SAÍDA DE DADOS Necessidade de recursos específicos para saída de dados

19 MIC: Parte Operativa MAR MBR B C A P C I R T I R 1

20 MIC: Parte Operativa MAR MBR B C A P C I R T I R 1

21 REGISTRADORES DE USO GERAL
MIC: Parte Operativa Para realização de instruções aritméticas a existência de registrado internos aceleram a busca de dados REGISTRADORES DE USO GERAL Necessidade de uma banco de registradores de propósito geral Necessidade de uma ULA com um conjunto de operadores adequado

22 MIC: Parte Operativa MAR MBR B C A P C I R T I R 1

23 MIC: Parte Operativa MAR MBR B ULA C A P C I R T I R 1 A B C D E F

24 REGISTRADOR ACUMULADOR
MIC: Parte Operativa Instruções podem usar um, dois ou três endereços A = NOT A A = A + B A = B + C O uso de mais endereços requer mais bits no formato da instrução REGISTRADOR ACUMULADOR Necessidade do uso de um registrador Acumulador (AC)

25 MIC: Parte Operativa MAR MBR B ULA C A P C I R T I R 1 A B C D E F

26 MIC: Parte Operativa MAR MBR B ULA C A P C A C I R T I R 1 A B C D E F

27 MIC: Parte Operativa A Capacidade de empilhar e desempilhar dados em uma região reservada da memória é um recurso importante em muitas arquitetura APONTADOR DE PILHA Necessidade de um registrador apontador de pilha (PS)

28 MIC: Parte Operativa MAR MBR B ULA C A P C A C I R T I R 1 A B C D E F

29 MIC: Parte Operativa B C A P C A C S P I R 1 A B C D E F MAR MBR ULA T

30 MIC: Parte Operativa O MIC possui dois formatos de instrução:
4 bits 12 bits Formato 1 CODOP ENDEREÇO 8 bits 8 bits Formato 2 CODOP ENDEREÇO 16 bits Formato 3 CODOP

31 MIC: Parte Operativa MASCARAS DE BIT AMASK = 0x0FFF BMASK = 0X00FF
Recupera o endereço em instruções no formato 1 BMASK = 0X00FF Recupera o endereço em instruções no formato 2

32 MIC: Parte Operativa B C A P C A C S P I R 1 A B C D E F MAR MBR ULA T

33 MIC: Parte Operativa B C A P C A C S P I R 1 A M B M A B C D E F MAR
MBR B ULA C A P C A C S P I R T I R 1 A M B M A B C D E F

34 MIC: Parte Operativa Algoritmos de multiplicação e divisão usam deslocamentos Deslocamentos podem ser usados em decodificação e outras operações importantes DESLOCADOR Necessidade de um deslocador Deslocamento pode ser feito na ULA, mas também pode ser interessante fora dela

35 MIC: Parte Operativa B B C C A A P C P C A C A C S P S P I R I R 1 1 A
MAR MAR MBR MBR B B ULA ULA C C A A P C P C A C A C S P S P I R I R T I R T I R 1 1 A M A M B M B M A A B B C C D D E E F F

36 MIC: Parte Operativa B C A P C A C S P I R 1 -1 A M B M A B C D E F
MAR MBR B ULA C A P C A C S P I R T I R 1 -1 A M B M A B C D E F

37 MIC: Parte Operativa B C A P C A C S P I R 1 -1 A M B M A B C D E F Z
MAR MBR B ULA C A P C A C S P I R T I R 1 -1 A M B M A B C D E F Z N

38 MIC: Parte Operativa Muitas unidades da parte operativa de um processador necessitam de controle explicito Estes controles são gerados pela Parte de controle e enviados Ciclo-a-Ciclo à Parte de Controle SINAIS DE CONTROLE

39 MIC: Parte Operativa RD WR B C A P C A C S P I R 1 -1 A M B M A B C D
MAR MBR B ULA C A P C A C S P I R T I R 1 -1 A M B M A B C D E F Z N 16

40 MIC: Parte Operativa Interface PO/PC
AMUX: Controla a entrada do multiplexador ALU: Define a operação da ULA SH: Define se há deslocamento e a direção MBR: Habilita escrita no MBR a partir do deslocador MAR: Habilita escrita no MAR a partir do latch B RD: Requisita leitura da memória WR: Requisita escrita na memória ENC: Controla armazenamento nos registradores A, B e C : Endereços de leitura (A e B) e escrita (C) nos registradores

41 MIC: Parte Operativa LEITURA NOS REGISTRADORES B A A B P C A C S P I R
1 -1 A M B M A B C D E F 16 C

42 MIC: Parte Operativa LEITURA NOS REGISTRADORES B A A B 16 16 P C A C S
1 -1 A M B M A B C D E F 16 C

43 MIC: Parte Operativa ESCRITA NOS REGISTRADORES P C A C S P I R 1 -1 A
1 -1 A M B M A B C D E F ENC C C

44 MIC: Parte Operativa ESCRITA NOS REGISTRADORES P C A C S P I R 1 -1 A
1 -1 A M B M A B C D E F ENC . C C

45 MIC: Parte Operativa Um projeto não se inicia na parte operativa
Há uma aplicação ou um conjunto de aplicações Há um conjunto de instruções A microarquitetura é uma solução de compromisso entre as necessidades e o custo do projeto


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