CPU.

Apresentação em tema: "CPU."— Transcrição da apresentação:

1 CPU

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3 Processador A função de um computador é executar tarefas com a finalidade de resolver problemas. Uma tarefa pode ser executada por meio de uma sequência ordenada de instruções de máquina. O processador é o componente responsável pelo processamento de instruções e de dados. Uma instrução define como será a atividade do processador para executar uma tarefa como, por exemplo, somar dois números inteiros.

4 Processador A Unidade Central de Processamento - UCP (em inglês, Central Processing Unity - CPU) é a responsável pelo processamento e execução dos programas armazenados na MP. As funções da UCP são: executar as instruções e controlar as operações no computador, instruídas por um sistema operacional.

5 Processador O processador é constituído por centenas de transistores.
As portas lógicas são implementadas fisicamente por meio de transistores. Diferentes encapsulamento de transistores.

6 Processador Microprocessador Intel 4004 com 2300 transistores (1971)

7 Microprocessador Intel 8080 com 6000 transistores (1974)

8 Pentium IV com 55.000.000 transistores (2001).

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10 Essa pastilha inteira em 165 processadores
Essa pastilha inteira em 165 processadores. Os que estão nos cantos são cortados e jogados fora. Cada quadrado é um processador P4 mostrado na Figura anterior. Pastilha de silício com 20 cm de diâmetro contendo 165 processadores P4.

11 Itanium com 2 bilhões de transistores (2008)

12 UC- como afinal funciona a UCP?
Diagrama esquemático de uma UCP:

13 Arquitetura interna da UCP (Stallings)
Willian Stallings no seu livro (Arquitetura e Organização de Computadores) define o projeto de um computador dessa maneira :

14 Processador O processador é dividido em três partes:

15 Processador

16 Componentes do Processador
ULA (Unidade Lógica e Aritmética) Tem por função a efetiva execução das instruções. É onde as operações lógicas e aritméticas são realizadas. Operações aritméticas: adição, subtração, multiplicação e divisão Operações Lógicas Compara números, letras ou caracteres especiais Testa uma de três condições: Condição de igualdade (igual a) Condição menor que Condição maior que

17 Componentes do Processador
UC (Unidade de Controle) Tem por funções a busca, interpretação e controle de execução das instruções, e o controle dos demais componentes do computador Controla a execução de qualquer instrução dentro do processador. Define o que tem que ser feito a cada momento. Decodifica a instrução e gera os sinais de controle para as unidades funcionais.

18 Componentes do Processador
Registradores Elementos de armazenamento das informações usadas pelas instruções. Pequenas memórias dentro do processador. Armazenam dados que estão sendo executados no momento. Pequenos elementos de memória que armazenam operandos e seus endereços

19 REGISTRADORES ESPECIAIS
Registrador de instruções (RI) (em inglês: IR - Instruction Register) Armazena a instrução que está sendo executada Registrador de estado (PSW) Armazena condições de estado geradas pela unidade aritmética e lógica gerando informações para a unidade de controle

20 REGISTRADORES ESPECIAIS
CP - Contador do Programa / CI - Contador de Instruções (em inglês: PC - Program Counter) Armazena o endereço da próxima instrução a ser executada Tem sempre o mesmo tamanho do REM. Armazena o endereço da próxima instrução que será executada

21 REGISTRADORES ESPECIAIS
Registrador de Endereços de Memória (REM) Contém endereço do dado a ser lido ou escrito na memória Registrador de Dados da Memória (RDM) Contém o dado a ser escrito na memória ou a ser lido da memória

22 REGISTRADORES ESPECIAIS
ACC Acumulador (em inglês: ACC - Accumulator) Armazena os dados (de entrada e resultados) para as operações na UAL; o acumulador é um dos principais elementos que definem o tamanho da palavra do computador - o tamanho da palavra é igual ao tamanho do acumulador.

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24 CPU Funções: Componentes: Processamento; Controle
UC (Unidade de Controle); Registradores; ALU. Arquitetura de Computadores

25 CPU - Processamento Execução propriamente dita das instruções
Esta função envolve a UAL e registradores; Exemplos: Operações aritméticas; Operações lógicas; Movimentação de dados; Desvios (branch); Entrada / Saída. Arquitetura de Computadores

26 CPU - Processamento Implicações do tamanho da palavra:
Tempo de processamento em ciclos de relógio; Desempenho em relação aos barramentos internos e externos da CPU; Tamanho (largura) dos registradores. Arquitetura de Computadores

27 CPU - Controle As atividades de controle da CPU compreendem:
Busca e decodificação das instruções a serem executadas; Geração de sinais de controle que irão ativar os diversos componentes internos e externos da CPU. Arquitetura de Computadores

28 CPU - Controle Dispositivos envolvidos nas atividades de controle:
UC: Unidade de Controle; RI (ou IR) - Registrador de Instruções (Instruction Register); CI (ou PC) - Contador de Instruções (Program Counter) Clock (Relógio); RDM (Registador de Dados da Memória); REM (Registrador de Endereços de Memória). Arquitetura de Computadores

29 CPU - Controle UC - Movimentação de dados e controle da ALU (ou UAL);
Clock - Gerador de pulsos que sincronizam os trabalhos da CPU. Frequência medida em MHZ; RI - Armazena a instrução que está sendo executada; PC - Armazena o endereço da próxima instrução a ser buscada. Arquitetura de Computadores

30 CPU - Controle Decodificador de instruções - descobre qual a instrução que será executada pela CPU; RDM - armazena o dado que vai para memória ou que acabou de chegar da memória. REM - Armazena temporariamente o endereço de um acesso à memória (leitura ou escrita). Arquitetura de Computadores

31 A UCP e a Memória A UCP não pode processar dados diretamente do disco ou de um dispositivo de entrada: Primeiramente, eles devem residir na memória. A unidade de controle recupera dados do disco e transfere-os para a memória. Itens enviados à UCP para serem processados: A unidade de controle envia itens à CPU e depois os envia novamente à memória após serem processados. Dados e instruções permanecem na memória até serem enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado.

32 Velocidade de processamento
Medida da velocidade de clock do sistema: Quantos pulsos eletrônicos o clock produz por segundo. Uma instrução interna é realizada em um ou mais pulsos. Usualmente, expressa em gigahertz (GHz). Billhões de ciclos de máquina por segundo. Alguns PCs antigos mediam em megahertz (MHz). Uma comparação de velocidades de clock somente é significativa entre microprocessadores idênticos. Valor de clock mais elevado tenderá a sinalizar máquina mais potente. 133Mhz -> 133 MB de pulsos por segundo se faz uma instrução por pulso: 133 MB de instruções realizadas por segundo

33 Potência dos Processadores
MIPS – Um Milhão de Instruções por Segundo. Computadores pessoais de alta velocidade podem executar mais de 500 MIPS. Tipicamente, uma medida de desempenho mais acurada do que a velocidade de clock. Megaflop – um milhão de operações em ponto flutuante por segundo. Mede a capacidade do computador para executar operações matemáticas complexas.

34 Unidade Central de Processamento - UCP
A Intel produz uma família de processadores: Processadores Pentium 4 na maioria dos PCs. Core 2 Duo Processador Celeron vendido para PCs de baixo custo. Xeon e Itanium para estações de trabalho high-end e servidores de rede.

35 Unidade Central de Processamento - UCP
Outros processadores: A Cyrix e a AMD produzem microprocessadores compatíveis com Intel (athlon). Chips PowerPC são usados principalmente em computadores Macintosh. O microprocessador Alpha, da Compaq, é usado em servidores high-end. RS6000, Sparc.

36 Evolução dos microprocessadores Intel
Barramento do Sistema