Agenda - Aula 2 Introdução (Computador Digital) Processadores Execução / Instrução Organização Computador Organização UCP (CPU)
Organização básica proposta por von Neumann Computador Digital UCP Memória E/S Barramento simples Organização básica proposta por von Neumann
Processadores (UCP) UCP - “cérebro” do computador UC Responsável pelo controle de todas as operações dos componentes do computador, fornecendo sinais de temporização e controle. ULA Parte do computador onde são feitas as operações aritméticas e lógicas com os dados. Memória (registradores) Armazena grupos de dígitos binários (palavras) que podem representar instruções a serem executadas ou dados a serem operados pelas instruções durante a execução de um programa UCP - “cérebro” do computador
Processadores (UCP) - UC Constituído por circuitos lógicos combinacionais e sequenciais, responsáveis pela geração de sinais de controle necessários à execução das instruções de um programa. Operações da unidade de controle: Busca uma instrução localizada na memória, enviando o endereço da instrução e um comando de leitura para a memória. A instrução armazenada no endereço é transferida para a unidade de controle. Esta instrução é decodificada pelos circuitos da unidade de controle para determinar qual é a instrução.
Processadores (UCP) - ULA Os dados a serem operados poderão vir da memória ou dos dispositivos de entrada. Os resultados obtidos poderão ser enviados para a memória ou para dispositivos de saída de dados. O tipo de operação a ser executado é determinado por sinais vindos da Unidade de Controle. As ULAs mais modernas, possuem circuitos capazes de executar também as operações de multiplicação e divisão. Operações básicas realizadas pela ULA: adição, subtração, AND, OR, EX-OR, deslocamento, incremento...
Processadores (UCP) - Registradores Armazena também, resultados intermediários ou finais obtidos pelas operações realizadas na ULA. Operações Básicas: leitura e escrita. As operações da memória são controladas pela Unidade de Controle a qual indica, através de sinais de controle, qual a operação que a memória deve realizar em um determinado instante. As informações que serão escritas na memória podem vir da unidade lógica e aritmética ou de dispositivos de entrada de dados. As informações pode ser lidas da memória para a unidade lógica e aritmética ou para algum dispositivo de saída.
Processadores (UCP) - Registradores Há um determinado número de registradores, cada um com uma dada função. O registrador denominado de contador de programa - PC contém o endereço da próxima instrução a ser executada. O registrador de instrução - IR, contém a instrução que está sendo executada. O acumulador (AC) armazena um operando (resultado) de entrada, ou de saída na execução de várias instruções. Outros registradores são responsáveis pelo armazenamento de resultados intermediários.
Instruções Instrução operação que um microprocessador executa. Grupo de instruções conjunto de instruções. Classificados: - Instruções aritméticas - ADD, SUBTRACT, COMPARE; - Instruções lógicas - AND, OR, NOT; - Instruções de transferência de dados - LOAD, STORE; - Instruções de desvio - BRANCH IF POSITIVE; - Instruções de chamada de subrotina - CALL; - Instruções de retorno - RET; - Instruções diversas - PUSH, WAIT, HALT. Tipos de categorias de instruções: - registrador-memória; - registrador-registrador; - memória-memória.
Instruções - Formato Formatos típicos de instruções: Exemplo: ADD 1,2 código da operação cód. da operação endereço endereço 1 endereço 2 Exemplo: ADD 1,2 ADD Operação 1 e 2 Operandos
Execução de Instruções ADD 1,2 1. Busca o primeiro operando, armazena no registrador A 2. Busca o segundo operando, armazena no registrador B 3. Diz a ALU para "adicionar" A e B 4. Coloca o resultado em AC Fluxo de Dados - Máquina Von Neumann 1+2 1 2 ULA Registradores Reg. Entrada Reg. Saída
Execução de Instruções Ciclo “Busca-Decodifica-Executa” Busca próxima instrução na memória para o IR Atualiza o contador de instrução para a instrução seguinte Determina o tipo de instrução Determina os endereço dos dados, se a instrução usa dados Busca dados na memória, se necessário Executa a instrução Armazena os resultados em locais apropriados
Execução de Instruções Exemplo Programa: 1. Pressione a letra A do teclado; 2. Armazene a letra A na memória; 3. Imprima a letra A na tela do monitor de vídeo. Instruções: 1. Entre com os dados na porta 1 de entrada; 2. Armazene os dados da porta 1 na posição de memória 200; 3. Saia com os dados para a porta 10 de saída.
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 101 102 103 104 105 Entre com dados da porta 1 Armazene os dados no end. 200 Saia com dados para a porta 10 200 201 PC RI ULA UC ACC
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC 101 da porta 1 PC 100 102 Armazene os dados RI 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC 101 da porta 1 PC 102 102 Armazene os dados RI - Entre com dados 101 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC 101 da porta 1 PC 102 102 Armazene os dados RI - Entre com dados 101 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC 101 da porta 1 PC 102 102 Armazene os dados RI - Entre com dados da porta 1 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 102 102 Armazene os dados RI - Entre com dados da porta 1 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 102 102 Armazene os dados RI - Entre com dados da porta 1 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 104 102 Armazene os dados RI - Armazene os dados 103 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 104 102 Armazene os dados RI - Armazene os dados 103 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 104 102 Armazene os dados RI - Arm. os dados no end. 200 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 104 102 Armazene os dados RI - Arm. os dados no end. 200 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 104 102 Armazene os dados RI - Arm. os dados no end. 200 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 A 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 104 102 Armazene os dados RI - Arm. os dados no end. 200 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 A 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 106 102 Armazene os dados RI - Saia com dados 105 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 A 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 106 102 Armazene os dados RI - Saia com dados 105 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 A 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 106 102 Armazene os dados RI - Saia com dados p/ porta 10 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 A 201
Execução de Instruções Exemplo Barramento de Endereço e Controle Barramento de Dados Execução de Instruções Exemplo Porta 1 - Entrada Porta 10 - Saída Endereço Conteúdo 100 Entre com dados ACC - A 101 da porta 1 PC 106 102 Armazene os dados RI - Saia com dados p/ porta 10 103 no end. 200 UC ULA 104 Saia com dados 105 para a porta 10 200 201