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INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY CPU: Controle e processamento WebDesign Redes de Computadores Aula 06.

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1 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY CPU: Controle e processamento WebDesign Redes de Computadores Aula 06

2 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Introdução A CPU (Unidade Central de Processamento) é responsável por gerenciar todo o sistema computacional. –Controla todas as operações realizadas pelas unidades funcionais A principal função da CPU é: –Controlar e executar instruções presentes na memória principal. –Somar, subtrair, comparar e movimentar dados

3 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Sistema computacional ULA Unidade de controle Registradores Memória Principal Dispositivos de E/S Processador Barramento

4 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Processador Unidade de controle –Gerencia as atividades de todos os componentes do computador; Ex. gravação de dados em disco, busca de instrução na memória. ULA –Realiza operações lógicas e aritméticas Registradores –Armazenam dados temporariamente –Funcionam como uma memória de alta velocidade interna ao processador

5 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Clock A sincronização de todas as funções do processador é realizada através do sinal de clock. O clock é um pulso gerado ciclicamente: A cada ciclo de clock uma instrução é executada no processador; t

6 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Clock 1 – Busca a instrução 2 – Decodifica a instrução 3 – Executa a instrução 4 - Armazena o resultado Quanto mais rápido for o clock melhor será a performance do processador t

7 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Classificação das arquiteturas Os sistemas computacionais podem ser classificados de acordo com a organização de seus componentes: –Arquitetura von Neumann –Arquitetura Harvard

8 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Arquitetura von Neumman Há um único caminho entre a memória e a CPU

9 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Arquitetura Harvard Há caminhos separados para dados e instruções entre a memória e a CPU

10 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Construindo o caminho de dados O processador executa instruções sequencialmente; As instruções precisam estar armazenadas em uma memória => Memória de instruções; Para buscar as instruções na memória, precisamos endereçá-la; –Registrador que armazena o endereço da instrução => Program Counter (PC); Precisamos incrementar o endereço, de modo a compor o endereço da próxima instrução;

11 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Ciclo de instrução

12 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Caminho de dados Busca de Instruções PC Memória de instruções lw $s0,8($s1) addi $s0,$s0,1 sw $s0,8($s1) 0 1 2

13 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Caminho de dados Busca de Instruções

14 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Caminho de dados Instruções aritméticas –Para executar operações aritméticas precisamos dos registradores que armazenam os operandos e o resultado da operação; –Precisamos da ULA (Unidade Lógica Aritmética) para realizar as operações;

15 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Caminho de dados Instruções aritméticas –A instrução contém o endereço de 3 registradores add $s0,$t0,$t1 –Dois desses registradores são lidos e passados para a ULA realizar a operação; –O resultado é armazenado em um terceiro registrador; –O controle da ULA determina a operação que será realizada;

16 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Caminho de dados Instruções aritméticas

17 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Caminho de dados Instruções de acesso à memória Para executar instruções de acesso à memória do tipo load e store são necessários: - Uma memória de dados - Um banco de registradores OK - Para calcular o endereço da memória somamos o conteúdo de um registrador (32 bits) ao offset (16 bits) - Uma ULA OK - Módulo extensor de sinal (16 para 32 bits) Ex. lw $s0, 8($t0) Número de 16 bits

18 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Instruções de acesso à memória Ex. lw $s0, 8($t0) Cálculo do endereço de memória: Endereço = 8 + $t0 Número de 16 bitsNúmero de 32 bits

19 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Caminho de dados Instruções de acesso à memória Memória de dados Extensor de sinal

20 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Caminho de dados Escrita na memória –O endereço de escrita é obtido pela soma de um registrador de base (registrador 1) com o deslocamento de 16 bits; –O registrador 2 é escrito na memória;

21 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Caminho de dados

22 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Caminho de dados Leitura na memória –Semelhante à escrita; –Existe um caminho para escrever o valor lido no banco de registradores;

23 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Os recursos para instruções aritméticas e de acesso à memória são bastante semelhantes; Podemos combiná-los em um só; Combinando instruções

24 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY A segunda entrada da ULA é: –Um registrador,no caso de instruções aritméticas; –É obtido a partir da extensão de sinal de 16 bits das instruções de acesso à memória ; O valor a ser escrito no registrador destino é: –A saída da ULA, no caso da operação aritmética; –Vem da memória, no caso da instrução de acesso à memória; Combinando instruções

25 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Combinando instruções

26 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Unidade de Controle

27 INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS VIVIANE LUCY Exercício 1) A unidade de controle gera os sinais para que os blocos funcionem corretamente. Determine os sinais (Ctrl1, controle ULA, Memread, Memwrite, Ctrl2, RegWrite) para que as seguintes operações sejam executadas: a)add $s0, $s1, $s2 b)lw $t1,24($t2) c)sw $s3,8($t3) d)sub $s0, $s1, $s2 Unidade de Controle Operação ULAControle da ULA 000add 001sub 010or 011and


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