Unidade Central De Processamento: Processador

Processador: Funções Básicas Todo processador é constituído de circuitos capazes de realizar algumas operações primitivas: Somar e subtrair Mover um dado de um local de armazenamento para outro Transferir um dado para um dispositivo de saída

Processador: Funções Básicas A função do processador é executar programas: Um programa executável é constituído de um conjunto de instruções de máquina seqüencialmente organizadas

Processador: Funções Básicas Para que a execução de um programa tenha início é necessário que: As instruções devem estar armazenadas em células sucessivas, na MP ou MC O endereço da primeira instrução deve estar armazenado no processador

Processador: Funções Básicas A partir daí, o processador: Busca uma instrução (op. de leitura), uma de cada vez, cujo endereço deve estar armazenado em um registrador específico Interpreta a instrução Busca os dados (operandos) onde estiverem armazenados, para trazê-los até o processador

Processador: Funções Básicas Executa efetivamente a operação com os dados buscados e guarda o resultado no local definido na instrução Reinicia o processo buscando uma nova instrução Os passos descritos formam um ciclo de instrução e ele é repetido até que seja encontrada uma instrução de parada ou até que ocorra algum erro

Interpretar instrução Início Buscar a próxima instrução Executar instrução Interpretar instrução (decodificar) Armazenar resultados Buscar operandos Fim

Processador: Funções Básicas As atividades do processador estão divididas em duas categorias: Função de processamento Função de controle Busca, interpretação e controle da execução das instruções Controle dos componentes do sistema

Processador: Funções Básicas Para efeito didático, o processador executará as instruções seqüencialmente Processo lento e pouco eficiente Os processadores atuais utilizam a técnica pipeline Execução de instruções em paralelo

Processador Organização Interna O diagrama de blocos a seguir ilustra os principais componentes de um processador e sua organização lógica Não se trata de uma organização física Os componentes principais são: ULA (Unidade Lógica Aritmética) UC (Unidade Controle) Banco de Registradores

Processador Organização Interna Registradores específicos RI - registrador de instrução: armazena instrução corrente em execução CI (contador de instruções) ou PC (Program Counter): armazena o endereço da próxima instrução ACC: acumulador RDM: registrador de dados da memória REM: registrador de endereço da memória Registradores de propósito geral: 0 a R-1

ULA UC ACC Registradores PC RDM 0 a R-1 REM RI Decodificador Barramento de endereços de dados ACC ULA Registradores 0 a R-1 PC RDM REM RI Relógio Decodificador de instruções UC Barramento de controle

ULA UC ACC Registradores PC RDM 0 a R-1 REM RI Decodificador Barramento de dados ACC ULA Registradores 0 a R-1 PC RDM REM Barramento de endereços RI Relógio Decodificador de instruções UC Barramento de controle

ULA UC ACC Registradores PC RDM 0 a R-1 REM RI Decodificador Barramento de dados ACC ULA Registradores 0 a R-1 PC RDM REM Barramento de endereços RI Relógio Decodificador de instruções UC Barramento de controle

ULA – Unidade Lógica E Aritmética Operações da ULA: Soma Multiplicação Subtração Divisão Operação AND Operação OR Operação XOR Deslocamento à direita Deslocamento à esquerda Incremento Decremento

ULA – Unidade Lógica e Aritmética As operações podem utilizar: Dois operandos pois a ULA tem somente duas entradas Um operando no caso do incremento ou decremento A saída da ULA está ligada diretamente aos registradores, através do barramento interno

Processador: Palavra A capacidade de processamento de uma CPU (velocidade que ela executa uma instrução) é determinado pelo tamanho da palavra O tamanho da palavra determina o tamanho da ULA, do barramento interno e dos registradores

Processador: Palavra Para comparar processadores em relação ao tamanho da palavra, considere a seguinte operação: 3A25 + 172C (A + B) Ambos números inteiros, sem sinal com 16 bits de tamanho cada um

realizada em duas etapas Processador com palavra de 8 bits A operação de soma é realizada em duas etapas MP 8 bits CPU 8 bits 25 + 2C 3A A 25 3A + 17 17 Regs de 8 bits B 2C 8 bits Barramento de dados

Processador com palavra de 16 bits A operação de soma dos mesmos números é realizada em uma etapa MP 16 bits CPU 8 bits 3A 3A25 + 172C A 25 17 Regs de 16 bits B 2C 16 bits Barramento de dados

Processador: Palavra O tamanho da palavra influencia também no tamanho do barramento de dados Para melhor desempenho, o BD deve ter uma palavra de largura Se a largura do barramento for menor, por exemplo, metade da palavra, seriam necessários dois ciclos de tempo do barramento

Processador: Palavra O tamanho da palavra influencia também na organização da memória A memória está organizada em bytes mas os dados que se movimentam entre processador e memória devem estar organizados em palavras Se isto não ocorrer, o processador ficará em estado de espera (wait state) até que a palavra completa seja transferida A transferência irá gastar mais de um ciclo de memória

Processador: Relógio Dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo A quantidade de vezes que o pulso se repete em um segundo define a freqüência A freqüência é usada para definir a velocidade do processador

Processador: Relógio Durante um ciclo de clock ocorre a realização de uma operação elementar do ciclo de instrução Uma operação elementar não se realiza em um só passo logo o ciclo de clock é dividido em ciclos menores (subciclos) Os passos de uma operação elementar denominam-se microoperações

Processador: Relógio Um clock t0 e seus 5 subclocks Gerador de tempo Unidade de controle t2 t0 Relógio t3 t4 t5

Passo elementar que ocorre em um ciclo de clock Início Passo elementar que ocorre em um ciclo de clock Buscar a próxima instrução Executar instrução Interpretar instrução (decodificar) Armazenar resultados Buscar operandos Fim

Incrementar o CI para armazenar o endereço da próxima instrução Colocar o endereço da instrução a ser buscada no REM REM (PC) Incrementar o CI para armazenar o endereço da próxima instrução PC PC + N subciclo Microoperações Para a busca de uma instrução Buscar a próxima instrução O RDM recebe a instrução RDM Mem O reg. de instruções recebe a instrução buscada RI RDM

REM (PC) PC ULA REM 1000 1000 UC ACC Registradores 1000 RDM 0 a R-1 Barramento de endereços de dados ACC PC ULA Registradores 0 a R-1 1000 RDM REM 1000 1000 1000 RI Relógio Decodificador de instruções UC Barramento de controle

CI CI + N PC 1004 ULA 1000 1000 UC ACC 1000 1004 Registradores 0 a R-1 Barramento de endereços de dados ACC ULA 1004 1000 1004 Registradores 0 a R-1 RDM 1000 REM 1000 RI Relógio Decodificador de instruções UC Barramento de controle

RDM Mem PC RDM ULA A = B + C UC ACC Registradores 1004 0 a R-1 REM RI Barramento de dados ACC PC RDM ULA Registradores 0 a R-1 1004 A = B + C REM Barramento de endereços RI Relógio Decodificador de instruções UC Barramento de controle

RI RDM PC RDM ULA A = B + C A = B + C A = B + C RI UC ACC Barramento de dados ACC PC RDM ULA Registradores 0 a R-1 1004 A = B + C REM A = B + C Barramento de endereços A = B + C RI Relógio Decodificador de instruções UC Barramento de controle