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CPU: Controle e processamento

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Apresentação em tema: "CPU: Controle e processamento"— Transcrição da apresentação:

1 CPU: Controle e processamento
WebDesign Redes de Computadores Aula 06

2 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 Sistema computacional
Processador ULA Unidade de controle Registradores Memória Principal Dispositivos de E/S Barramento

4 Processador Unidade de controle ULA Registradores
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 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 Clock t 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

7 Classificação das arquiteturas
Os sistemas computacionais podem ser classificados de acordo com a organização de seus componentes: Arquitetura von Neumann Arquitetura Harvard

8 Arquitetura von Neumman
Há um único caminho entre a memória e a CPU

9 Arquitetura Harvard Há caminhos separados para dados e instruções entre a memória e a CPU

10 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 Ciclo de instrução

12 Caminho de dados Busca de Instruções Memória de instruções
lw $s0,8($s1) addi $s0,$s0,1 sw $s0,8($s1) 1 2 PC

13 Caminho de dados Busca de Instruções

14 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 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 Caminho de dados Instruções aritméticas

17 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 Instruções de acesso à memória
Ex. lw $s0, 8($t0) Cálculo do endereço de memória: Endereço = 8 + $t0 Número de 16 bits Número de 32 bits

19 Caminho de dados Instruções de acesso à memória Memória de dados
Extensor de sinal

20 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 Caminho de dados

22 Caminho de dados Leitura na memória Semelhante à escrita;
Existe um caminho para escrever o valor lido no banco de registradores;

23 Combinando instruções
Os recursos para instruções aritméticas e de acesso à memória são bastante semelhantes; Podemos combiná-los em um só;

24 Combinando instruções
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;

25 Combinando instruções

26 Unidade de Controle

27 Unidade de Controle 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: add $s0, $s1, $s2 lw $t1,24($t2) sw $s3,8($t3) sub $s0, $s1, $s2 Operação ULA Controle da ULA 000 add 001 sub 010 or 011 and


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