Post on 15-Apr-2016
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O que é um Computador
• Um computador é uma máquina eletrônica lógica• Programável
– Programa• Instruções
• Representável por uma hierarquia de níveis de abstração (Tanenbaum)– Microeletrônica (mais baixo)– Sistema Operacional (mais alto)
Níveis de Abstração
Microeletrônica
Lógica Digital
Linguagem de Montágem
Sistema Operacional
Máquina Convencional
Linguagem orientada a problemas
Conjunto de instrções
Caracteristicas físicas, malha detransistores
Unidades lógicas combinacionais esequenciais
MicroprogramaçãoInterpretador em firware
Gerencia de sistema e interfacede usuário
Linguagem Assembly
Linguagens de alto nível
Organização de um Computador
• Modelo de Von Neumann (1945)– Conceito de programa armazenado– Separação da Unidade Aritmética e de Controle– Utilização de barramentos e registradores– Hardware de entrada e saída (I/O)
UCP Memória I/O
Modelo de Von Neumann
Memória I/O
Controle
Aritmética
Controle de Execução
Execução deOperações
Instruçõese Dados
Modelo de Von Neumann
Bloco de controle Bloco operacional
Memória
operação
endereços
instruções
dados
dados
CPU
Modelo de Von Neumann
• Memória: Conjunto de posições/locações endereçáveis
• Palavras: Posição/locação da memória. Contém dados e instruções.
• Palavra: Unidade básica de transferência de/para memória.
• Palavras são localizadas através de um endereço• Dados, instruções e endereços são codificados em
binário
Modelo de Von Neumann
• Programa é uma seqüência de instruções, colocadas numa seqüência de endereços
• A execução de um programa corresponde à execução seqüencial de suas instruções
• A seqüência das instruções é definida de forma dinâmica em tempo de execução– Existência de instruções de controle de fluxo
IAS – Máquina de Von Neumann
MemóriaPrincipal
Unidade Lógica e Aritmética
Unidade de Controle
Hardwarede Entradae Saída
MBR
Circuitos de Lógica e Aritmética
MQAcumulador
MARCircuitosde Controle
IBR
IR
PC
Endereço
Dados eInstruções
Unidade Central de Processamento
Conceitos e Convenções
• Registradores: Posições de memória internas a UCP.– Dedicados e de Uso Geral
• Barramento: Via de comunicação– Dados e Instruções, Endereços e Controle– Comunicação Síncrona e Assincrona
Memória
• Em um computador geralmente existe uma hierarquia de memória.
• Cada nível da hierarquia é dividido em palavras de N bits cada
• A palavra é a unidade básica de transferência entre a UCP e a memória.
• Uma memória com 2M palavras necessita de M bits de endereço
Execução de Instruções
• busca da próxima instrução na memória– manda endereço, volta instrução
• decodificação da instrução – interpreta código da instrução
• se a instrução precisa de dados (na memória)– manda endereço, busca dado
• execução da instrução– executa ações específicas para cada instrução
Microarquitetura
• Uma Microarquitetura é dividida em uma Parte Operativa e uma Parte de Controle
• Parte Operativa (ou Caminho de Dados)– Constituida de todos os componentes responsáveis pela
execução das operações elementares sobre os dados (transformações nos dados)
• Parte de Controle– Constituída de circuitos sequenciais e/ou memória de
programa que gera o controle ciclo-a-ciclo da parte operativa
MIC
• O MIC é uma microarquitetura didática usado por Tannenbaum
• Existem algumas versões do MIC: MIC-1, MIC-2, MIC-3 e MIC-4
• MIC é uma máquina multicíclo• O MIC é constituído de:
– Pequeno conjunto de instruções– um banco de registradores– Uma ULA– Três barramentos internos
MIC: Parte de Controle
Parte Operativa
MIR
MicroMEM
Memóriade Controle
Registradorde Controle
Seqüenciador
MIC: Parte de Controle
Parte Operativa
MIR
MicroMEM
Memóriade Controle
Registradorde Controle
SeqüenciadorRegistradorMPC
Lógica deCálculo do MPC
MIC: Parte Operativa
• Muitas unidades da parte operativa de um processador necessitam de controle explicito
• Estes controles são gerados pela Parte de controle e enviados Ciclo-a-Ciclo à Parte de Controle
SINAIS DE CONTROLE
MIC: Parte Operativa• Interface PO/PC
– AMUX: Controla a entrada do multiplexador– ALU: Define a operação da ULA– SH: Define se há deslocamento e a direção– MBR: Habilita escrita no MBR a partir do deslocador– MAR: Habilita escrita no MAR a partir do latch B – RD: Requisita leitura da memória– WR: Requisita escrita na memória– ENC: Controla armazenamento nos registradores– A, B e C : Endereços de leitura (A e B) e escrita (C) nos
registradores
MIC: Parte Operativa
• O MIC possui dois formatos de instrução:
ENDEREÇOCODOP
4 bits 12 bits
ENDEREÇOCODOP
8 bits 8 bits
CODOP
16 bits
Formato 1
Formato 2
Formato 3