Agenda - Aula 2 Introdução (Computador Digital) Processadores

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1 Agenda - Aula 2 Introdução (Computador Digital) Processadores
Execução / Instrução Organização Computador Organização UCP (CPU)

2 Organização básica proposta por von Neumann
Computador Digital UCP Memória E/S Barramento simples Organização básica proposta por von Neumann

3 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

4 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.

5 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...

6 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.

7 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.

8 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.

9 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

10 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

11 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

12 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.

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 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

29 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