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ENGENHARIA DE SISTEMAS MICROPROCESSADOS Prof. Pierre Vilar Dantas
Turma: 0040-A
Horário: 4N
Aula 01 - 26/07/2017
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Plano de ensino
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TÓPICOS§ Conceitos gerais.
• Evolução dos microprocessadores.
• Arquiteturas.
• Principais características dos microprocessadores.
• Critérios para escolha de um microprocessador.
• Exercícios.
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Conceitos Gerais
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Conceitos Gerais• Microprocessador;
• Microcomputador;
• Microcontrolador;
• DSP (Digital Signal Processor).
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Arquitetura Básica de um Microcomputador• Von Newman - CISC – Complex Instruction Set Computer
CPU
Memória
Dados
I/O
Barramento de Endereços
Barramento de Controle
Barramento de Dados
Programa
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Arquitetura Básica de um MicrocomputadorVon Newman - CISC – Complex Instruction Set Computer
• Os dados e instruções são armazenados em uma únicamemória de leitura e escrita, mais simples, menos restritivo,menos eficiente, execução sequencial de instruções;
• Dados e instruções armazenados em uma única memória deleitura e escrita;
• Endereçamento da memória por posição e não pelo tipo;
• Execução sequencial de instruções;
• Único caminho entre memória e CPU;
• Usado pela maioria dos microprocessadores tradicionais.
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Arquitetura Básica de um Microcomputador• Harvard - RISC – Reduced Instruction Set Computer
CPU Dados
Bus de Códigos Bus de Dados
Programa Bus de Endereços Bus de Endereços
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Arquitetura Básica de um MicrocomputadorHavard - RISC – Reduced Instruction Set Computer
• Variação da arquitetura von Neumann;
• Barramentos separados para instruções e dados, portantotrafegam em barramentos diferentes => paralelismo;
• Memórias separadas para instruções e dados;
• Arquitetura mais complexa;
• Acesso simultâneo às memórias;
• Pipeline*;
• Usado pela grande maioria dos microcontroladores e DSPs.
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RISC x CISCRISC
• Instruções simples de apenas 1 ciclo
• Referencias a memória só com LOAD/STORE
• Uso intensivo de pipeline
• Instruções executadas por hardware
• Instruções de formato fixo
• Poucas instruções com poucos modos de endereçamento
• A complexidade está no compilador
• Vários conjuntos de registradores
CISC
• Instruções complexas com vários ciclos
• Qualquer instrução pode referenciar à memória
• Pouco uso de pipeline
• Instruções interpretadas por microprograma
• Instruções com formato variável
• Muitas instruções com muitos modos de endereçamento
• A complexidade está no microprograma
• Um único conjunto de registradores
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Evolução dos Microcontroladores
Microprocessadores de 8/16 bits
Microprocessadores de 8/16 bits
Microcontroladores 4/8/16 bits
•Microcomputadores de 8/16 bits
•S.O. 8/16 bits
•Aplicações de propósito geral
•Aplicações específicas
•Expansão de barramentos
•Expansão de clock
•Uso intenso de armazenamento secundário
•Hierarquia de memória
•Casamento com o S.O.
•Pipeline
•Sistemas dedicados
•Apenas um processamento por vez
•Integração de I/O e memória
•S.O. Kernels
•Instruções voltadas para controle
•Computação em tempo real
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Microprocessador• CPU para computadores de propósito geral;
• Não apresenta RAM, ROM, I/O embarcada na CPU.
CPU
µP de
propósito
geral
RAM ROM I/OPort Timer
SerialCOMPort
Data Bus
Address Bus
Diversos chips na placa mãe
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Microcontrolador• Um computador em um único chip;
• RAM, ROM, I/O portas: embarcados.
RAM ROM
I/O Port Timer
Serial COM Port
CPUChip único
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Sistema Embarcado• Processador está embarcado na aplicação;
• Utiliza um microprocessador ou microcontrolador parafazer uma tarefa apenas;
• Existe somente uma aplicação de software quenormalmente está gravada em ROM;
• Normalmente existe a interação com o meio ambiente oucom o operador;
• Exemplo: impressora, teclado, video game, celular, tablet,etc.
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Critérios para a escolha de um Microcontrolador• Combinar as necessidades computacionais com o custo
� Velocidade, quantidade de memória ROM e RAM, Ports de I/O,packaging, consumo de potencia;
� Facilidades de atualização (upgrade);� Custo por unidade.
• Disponibilidade de software e ferramentas dedesenvolvimento� Assemblers, debuggers, compilador, emulador, simulador,
suporte técnico.
• Fornecimento de materiais e insumos com facilidade econfiabilidade;
• Grau de especialização de equipe de desenvolvimento.
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Arquitetura interna de um microcontrolador
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Processadores Digitais de Sinais(DSP)• Otimizado para o tratamento digital de sinais;
• Aplicações que exigem processamento de sinais em temporeal:� Áudio, imagem, temperatura, intensidade luminosa, pressão,
sinais biomédicos, etc.
• Capazes de realizar operações MAC (Multiplica e Acumula,em um único ciclo de instrução), permitindo oprocessamento em tempo real.
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Principais características dos DSPs• Processadores para tratamento de dados em ponto fixo ou
flutuante;
• Arquitetura otimizada para computação intensiva;
• Modos de endereçamento especiais para suporte eficiente aoperações de processamento de sinais (endereçamento circularpara tratamento de filtros, endereçamento “bit-reverse” paratransformada rápida de Fourier);
• Formato de dados (16 ou 32 bits típicos);
• Muitos periféricos especializados “on chip” (portas seriais,memória, timers, conversores A/D e D/A, geradores de PWM,etc);
• Baixo custo;
• Baixo consumo.
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Hardware/Software/Firmware• Hardware e Software
� Hardware: conjunto de dispositivos elétricos/eletrônicos queenglobam a CPU, a memória e os dispositivos de E/S;
� Software: consiste em algoritmos e suas representações para ocomputador ou seja, os programas.
• Firmware� Programa ou conjunto de programas que orientam a sua
inicialização e operação. Por esta razão são softwarespermanentemente residentes em ROM.
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Memória
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Memória
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ARQUITETURAS• Pela escolha do seu conjunto de instruções podemos ter:
• Arquiteturas CISC (Complex Instruction Set Computer)� As máquinas CISC apresentam um conjunto muito grande de
instruções (acima de 100 por exemplo) e algumas delas sãoexecutadas em múltiplos ciclos de relógio.
• Arquiteturas RISC (Reduced Instruction Set Computer)� Quando apresentam um conjunto específico de instruções, sendo
de mesmo tamanho e são normalmente processadas em umúnico ciclo.
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ARQUITETURAS• Implementações CISC e RISC vem se tornando cada vez
mais similares;
• Arquiteturas RISC da atualidade possuem um número deinstruções equivalente as arquiteturas CISC de geraçõesanteriores;
• Arquiteturas CISC passaram a executar mais de umainstrução por ciclo, utilizando pipeline;
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Pipeline• Técnica de hardware que permite que a CPU realize busca
de uma ou mais instruções além da próxima a serexecutada;
• Estas instruções são colocadas em uma fila dememória(dentro da CPU) onde aguardam o momento deserem executadas;
• É utilizada para acelerar a velocidade de operação da CPU,uma vez que a próxima instrução a ser executada estánormalmente armazenada dentro da CPU e não precisa serbuscada da memória, normalmente muito mais lenta que aCPU;
• Cache-oblivious/cache-aware.
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Exercícios• Qual a diferença básica entre microprocessador e microcontrolador?
• O que é memória cache? Qual a sua finalidade?
• Quais as diferenças entre software e firmware?
• Como são definidas as arquiteturas dos computadores? Explique.
• Quais as principais características dos Microprocessadores?
• Quais as principais características dos DSPs?
• Qual a diferença fundamental entre a arquitetura von Neumann e a Harvard?Qual é a mais rápida? Justifique.
• O que é pipeline? Qual a vantagem?
• Qual a diferença entre CISC e RISC?
• O que são em computação ponto fixo e flutuante de números reais?
Mandar as respostas em PDF usando o link:https://www.dropbox.com/request/UVnFnSMxwJDsQqnor0n6