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Faculdade Lourenço Filho
Redes do Computadores2013.1
Unidade Central de Processamento UCPCap. 06
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Prof. Antonio Filho
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Informática
Faculdade Lourenço Filho Arquitetura de Computadores
Informática -Eletrônica
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Evolução
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UCP
O processado é o componente vital do sistema de computação, é responsável pela realização de qualquer operação realizada pelo computador
Efetua ações Internas
Em decorrência da interpretação de uma instrução emite sinais de controle para os demais componentes.
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Função do Processador
Consiste nas seguistes etapas:
1º Buscar uma instrução na memória;
2º Interpretar que operação a instrução esta explicitando (soma de 2 números por ex.;3º Buscar os dados onde estiverem armazenados;4º executar efetivamente a operação com os dados, guardar o resultado5º reiniciar o processo buscando uma nova instrução
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A Unidade Central de Processamento - UCP (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 (hardwares da máquina).
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTOUCP
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Unidade Central de Processamento -UCPOs registradores são utilizados como locais de armazenamento temporário de dados provenientes da memória destinados à UAL, ou vice-versa. Os principais registradores utilizados na arquitetura de Von Neumann e suas respectivas funções são os seguintes...
Contador de Instruções (CI, do inglês ``Instruction Counter'') : contém o endereço da memória cujo conteúdo deve ser interpretado como a próxima instrução.
Registrador de Instrução (IR, do inglês ``Instruction Register'') : contém a próxima instrução a ser executada.
Registrador de Endereço da Memória - REM (MAR, do inglês ``Memory Address Register'') : contém o endereço da posição da memória a ser lida ou escrita.
Registrador de Dados da Memória - RDM (MDR, do inglês ``Memory Data Register'') : contém o dado a ser lido ou escrito na memória.
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A UCP é composta de duas partes:
ULA – Unidade Lógica e Aritmética - tem por função a efetiva execução das instruções de operações matemáticas: Soma; Subtração, Multiplicação,divisão, operações lógicas OR,AND,NOT,XOR e etc.
UC - Unidade de Controle -É o dispositivo mais complexo da UCP. Ele possui a lógica necessária para realizar a movimentação de dados e de instruções de e para a UCP, através dos sinais de controle que emite em instantes de tempo programados.
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO
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Diagrama esquemático de uma UCP - II
Controle
Dados e Endereços
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Registradores Importantes na UCP
Na UC - CI Contador de Instruções - armazena o endereço da próxima instrução a ser executada.
Na UC – RI Registrador de Instrução - armazena a próxima instrução a ser executada.
Na ULA - ACC Acumulador - armazena os dados (de entrada e resultados) para as operações na ULA; 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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O que é uma Instrução de Máquina?
• Instruções
São comandos fornecidos ao processador para que ele execute uma tarefa específica (soma, teste, desvio, etc.).
Uma série dessas instruções constituem um programa.
Cada computador (leia-se processador) tem um repertório particular de instruções, cuja rapidez de execução é um fator determinante na “potência de computação” (desempenho /performance) da máquina.
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Instruções
Para que um programa possa ser executado por um computador.
Ser constituído de uma série de instruções de máquina e estar armazenado em células da memória principal.
A UCP é responsável pela execução das instruções que estão na “memória”.
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Exemplo de instrução
Se instruída uma máquina pode executar tarefas complicadas e sucessivas.
Ex.: “Trazer a pasta da funcionária Marta”
Se essa tarefa fosse dada a máquina ( e ela não tivesse qualquer orientação prévia
armazenada) ela não conseguiria realizar essa tarefa
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Exemplo de instrução No exemplo em questão a máquina deveria receber
um conjunto de instruções da seguinte forma: 1. Achar arquivo (EX.: arquivo 10) . Se não houver arquivo vá p/3; senão, prosseguir
* Comparar nº arquivo com nº arquivo que contém a pasta da funcionária
* Se os números iguais, então prosseguir; senão, voltar p/1.
2. Achar uma pasta. Se não houver mais pastas, vá p/3; se não prosseguir
* Comparar o nome da pasta com nome dado
* Se forem iguais então prosseguir; senão voltar p/2
* retirar a pasta
* Entregar a pasta para quem pedir
3. Parar
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Exemplo de instrução
Podemos , por exemplo fabricar um processador cuja a ULA possa executar operações de soma e de multiplicação. Mas não do tipo.
X = A + B*C
A ULA tem que ser instruída para executar T = B*C, em seguida ela realizará a informação,
X = A + T
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Quem executa um programa é o hardware e o que ele espera encontrar é um programa em linguagem de máquina.
Ou seja, seqüência de instruções de máquina em código binário.
A linguagem de máquina é composta de códigos binários, representando instruções, endereços e dados e está totalmente vinculada ao conjunto de instruções da
máquina.
Instruções – do ponto de vista Físico
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Formato geral de uma Instrução Podemos separar o grupo de bits de uma instrução em
duas partes
1. Indica o que é a instrução e como será executada.
2. Refere-se aos destinos dos dados que serão manipulados
É um processo realizado através de dois códigos
Código de Operação ou OPCODE – Tipo de operação
Operando(s) - dados
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Formato geral de uma Instrução
Código de Operação ou OPCODE Identifica a operação a ser realizada pelo processador. É
o campo da instrução cuja valor binário (código binário) identifica a operação a ser realizada
Operando(s) Em geral, um operando é o campo da instrução que
indica o endereço de memória onde está contido a informação que será manipulada, ou pode conter o endereço onde o resultado da operação será armazenado.
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Formato geral de uma Instrução
Op COD. – Tem apenas um campo de bits
Operando - dependendo da instrução pode ter mais campos
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Em linguagens de programação de computador, as definições de operador e operando são quase as mesmas da matemática.
MOV DS, AX
onde o valor no operando registrador AX deve ser movido para o registrador DS. Dependendo da instrução, pode haver , um, dois ou mais operandos.
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Critérios para Determinação do Formato de Instruções
Em geral as instruções pequenas são mais atraentes do que as grandes. Por que?
A banda passante (número de bits por segundo que a memória é capaz de liberar) da memória tem crescido menos que a velocidade dos processadores. As memórias atuais não têm a capacidade de suprir instruções na velocidade que o processador pode consumi-las.
EX.: Um programa feito com instruções de 16 bits gasta metade do espaço de memória de um programa com instruções de 32 bits.
Deve-se considerar, também, a taxa de crescimento do preço de memória e a taxa de crescimento do tamanho dos programas.
Código Operação Operando
8 bits 8 bits
Tamanho da instrução 16 bits
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Por outro lado, a minimização do tamanho das instruções pode dificultar muito a sua decodificação. O projetista é obrigado a usar um conjunto restrito de códigos para as instruções e o projeto pode não ser flexível.
Critérios para Determinação do Formato de Instruções
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Conjunto de Instruções
Quando se projeta um hardware:
Define-se o seu conjunto instruções elementares que o hardware é capaz de executar.
O projeto de um processador esta diretamente ligado nesse conjunto de instruções. Quanto menor e mais simples for este conjunto de instruções, mais rápido pode ser o tempo de acesso do processador.
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Funcionalmente, um processador precisa possuir instruções para realizar operações como:
aritméticas: +, - , × , ÷ ... lógicas: and, or, xor, ... operações de movimentação de dados (memória,UCP,reg.) operações de entrada e saida (leitura e escrita em
dispositivos de E/S) operações de controle (desvio de seqüência de execução,
parada)
Conjunto de Instruções
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Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes Transferência de dados.
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Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes
Artiméticas
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Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes
Lógicas
conversão
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Entrada/Saída
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O projeto de um processador poderia ser resumido em:
Definir o conjunto de instruções (todas as possíveis instruções que o processador poderá executar)
Definir formato e tamanho das instruções;
Definir as operações elementares;
Projetar os componentes do processador (ULA, UC, registradores, barramentos, ...)
Projetar um Processador
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Primeiramente, o programa a ser executado precisa ser carregado (armazenado) na MP, tarefa do Sistema Operacional, que também se encarrega de informar à UCP onde o programa começa. O Sistema Operacional faz isto "setando" o Contador de Instruções (isto é, colocando no CI o endereço da MP onde está localizada a primeira instrução daquele programa).
A partir daí se realiza o processamento automático, executando-se as instruções seqüencialmente uma a uma, o que é obtido através do incremento automático do CI.
Ciclo de Instrução
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Ciclo de Instrução
As instruções são executadas sequencialmente, uma a uma. O contador de instruções - CI indica a seqüência de execução, isto é, o CI controla o fluxo de execução das instruções.
Descrição do processamento de uma instrução na UCP:- a UC lê o endereço da próxima instrução no CI;- a UC transfere o endereço da próxima instrução, através do barramento interno, para o REM;
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Ciclo de Instrução- pouco mais de detalhe 1 - A UCP busca o código de operação
na MP e armazena no Registrador de Instrução CI
- A UC lê o conteúdo do CI (endereço da próxima instrução ) e coloca o endereço no REM;
- a UC envia um sinal à memória de operação de leitura (memory readread), via barramento de controle;- a memória lê o endereço que está no REM, via barramento de endereços, e busca o conteúdo da célula referenciada;- a memória coloca no RDM, via barramento de dados, o conteúdo da célula lida;
- a memória envia à UC, via barramento de controle, um sinal de "leitura concluída";- a UC transfere o código de operação (o conteúdo do RDM) ao RI
Finaliza um ciclo.
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Fim de aula