RAM UART

PCI IDE

Microprocessador -> CPU encapsulada em um único circuito integrado. Pelo fato deconcentrar apenas a função de controle no “chip”, as aplicações de microprocessadores sãocomplexas voltadas para multimídia (controle de som + imagem + comunicação).Exemplo:- Microprocessador Pentium IV da Intel. A aplicação do Pentium é em computadoresmultimídia.- Microprocessador ARM voltado para aplicações multimídia dedicadas.Microcontrolador -> CPU + MEMORIA + PERIFËRICOS encapsulados em um únicocircuito integrado. Dedicado a funções menos complexas de controle. Normalmente está“embarcado” em equipamentos dedicados. Utiliza o conceito de “firmware” para oprograma dedicado.Ex:- Microcontrolador 8051 da Intel (89S51 – Atmel; LPC932 – NXP)- Microcontrolador PIC12F628A Microchip- Microcontrolador MC9RS08LC60 Freescale.

Unidade Central de Processamento : • Controle de Todo o Sistema;• Manipulação dos Dados;• Acessa e interpreta instruções do programa contido na memória;• Executa operações Lógicas e Aritméticas

Memória : • Armazena os Programas;• Armazena os Dados que serão manipulados;

Dispositivos de Entrada e Saída : • Conexão do computador com sistemas externos

Barramento de Dados : Linhas paralelas que permitem a comunicação bidirecional entre CPU, Memórias e Dispositivos de IO. Somente um dispositivo utiliza o barramento de cada vez.

Barramento de Endereços : Linhas paralelas unidericionais pelas quais a CPU habilita qual dispositivo utilizará o barramento de dados.

Barramento de Controle : Linhas por onde trafegam os sinais de controle e sinalização do sistema.

Memória:Bloco semicondutor com capacidade de armazenar informações. Armazena basicamente asinstruções a serem processadas (através de seus códigos de operação), variáveis (comoresultados de operações da C.P.U.) ou dados de entrada e saída dos periféricos. Oprograma a ser processado deve necessariamente estar presente na memória (por isso otamanho cada vez maior das memórias voláteis - RAMs - dos computadores atuais, pois osprogramas têm tamanhos cada vez maiores).A memória dos computadores pode ser dividida em volátil (RAM estática / dinâmica) e nãovoláteis (ROM / PROM / EPROM / E2PROM - FLASH).Em computadores pessoais temos o conceito de BIOS (programa de inicialização deperiféricos) + SISTEMA OPERACIONAL ( interface gráfica amigável ao usuário) +APLICATIVO (programa final).

Periféricos:Bloco de comunicação do conjunto CPU / memória com o meio exterior. Pode sercaracterizado como entrada (teclado, mouse, etc.) ou saída (monitor, impressora, plotter,etc.). É a interface de comunicação com o usuário e a parte do sistema que normalmentetem acesso.Em microcontroladores estes periféricos são menos complexos, como PORTS, TIMERS,UARTS, CONVERSORES A/D e D/A, SPI / I2C, etc.

- Barramento de Dados (Data Bus): carrega a informação da instrução (através do códigode operação), variável do processamento (cálculo intermediário de uma fórmula porexemplo) ou informação de um periférico de E/S (dado digitado em um teclado). Otamanho da via de dados determina respectivamente o máximo número de instruções (eportanto o potencial de processamento) e a precisão do processamento aritmético (atravésdo cálculo de ponto flutuante) ou o número de símbolos possíveis a ser representado (porexemplo, pontos de uma foto).Exemplo:1) - O processador 8085 possui 8 bits no barramento -> máximo de 256 instruções evariáveis numéricas entre -127 a +127 (ou 0 a 255).2) - O processador Pentium possui 32 bits no barramento -> variáveis numéricas entre -2147483648 e + 2147483648.

Barramento de Endereço (Address Bus) : carrega a informação binária da localizaçãode um dado de memória ou E/S. A capacidade de acesso é determinada pela expressão 2n.O tamanho do barramento de endereço acompanhou a evolução do poder de processamentodo microprocessadores já que foi necessário cada vez mais memória para armazenar umaquantidade cada vez maior de dados.Exemplo:- 8085 -> 16 bits na via de endereço -> 216 = 65512 kbytes- 8088 -> 20 bits na via de endereço -> 1 Mbyte

Barramento de controle (Control Bus): Agrupa todos os sinais necessários ao controle da transferência de informação entre as unidades do sistema.

Habilita e desabilita periféricos, regula o modo de operação R, W, etc

ULA: A Unidade Lógica Aritmética (ULA) é um bloco que executa operações aritméticas e lógicas. Entre as operações aritméticas que excuta, ela soma, subtrai, divide e determina se um número é positivo ou negativo ou se é zero. Ela pode também executar funções lógicas como "E", "OU" ou "OU EXCLUSIVO".

Von Neuman (1903 - 1957)

Unidade de Controle

Unidade Lógica e

Aritmética

Memória I/O

VIA DE ENDEREÇOS

VIA DE DADOS

VIA DE CONTROLE

UCP

Von Neuman (1903 - 1957)

Harvard

FlipFlops:

Tem apenas dois estados estáveis(1/0, Alto/Baixo) e possui a capacidade de reter seu estado.Tem dois estados de saída sendo um o complemento do outro.Pode ser sensível ao nível(estado da entrada) ou a mudança de nível(borda de subida ou descida).

Registrador é o elemento básico de memória em um sistema computacional. Um registrador é a ligação de FlipFlops sincronizados pelo mesmo relógio. O conteúdo de cada FlipFlop normalmente está associado a um bit de informação.

Nunca muda de estado se as entradas R(reset) e S(set) são 0. Com 0 na entrada S e um na entrada R passa para o estado Q(saída)=0. Com 1 em S e 0 em R passa para o

estado Q=1. R e S em 1 não definem um estado válido.

R S Q0 0 Q0

1 0 00 1 11 1 ND

Funciona como uma unidade de atraso, sua saída Q apresenta o estado da entrada D anterior ao último pulso de clock. .

D Q0 D0

1 D0

Funciona similarmente ao RS porém apresenta um clock e inverte seu ultimo estado quando apresentar ambas entradas em nível lógico 1.

J K Q0 0 Q0

1 0 10 1 01 1 Q0

Note que o FlipFlop D apresenta lógica baixa na entrada ao contrário do JK.

Considerando dois registradores (A e B) formados por n(tamanho da palavra) flipflops JK.

A transferência de informação de a para b será efetuada quando o sinal de clock global do sistema juntamente com o sinal de controle (MOVE A -> B) ativarem o

clock dos flipflops do registrador B, mantendo o conteúdo de A inalterado.

Monte um circuito de transferência de 2 bits usando flipFlops JK.

Exercício 2.1®:

Considerando dois registradores (A e B) formados por n(tamanho da palavra) flipflops JK.

A transferência de informação de a para b será efetuada quando o sinal de clock global do sistema juntamente com o sinal de controle (MOVE A -> B) ativarem o

clock dos flipflops do registrador B, mantendo o conteúdo de A inalterado.

A saída do registrador será complementada ao sinal de clok. Essa operação é executada, por exemplo, para realizar subtração em circuitos somadores.

Essa operação tem a propriedade de deslocar os bits de um registrador com flipflops ligados em cadeia. Costuma ser utilizado para operações de multiplicação.

Operações de incremento e decremento são muito utilizadas em sistemas computacionais, desde a contagem de posições em vetores à marcação de posição de execução de um programa. Um contador pode ser controlado como crescente

ou decrescente. Ainda pode ser síncrono ou Assincrono.

Monte um contador BCD, isto é um incrementador que reset quando chegar em 1010.

Exercício 2.2:

Monte um circuito capaz de efetuar somas com sinal e multiplicação de dois números binários de 4 bits. Esse circuito poderá ainda operar comparação de

magnitude(<,>,=). Use portas lógicas e flipflops a vontade.

Exercício 2.3 **DESAFIO**:

Unidade de Controle

Unidade Lógica e

Aritmética

UCP

Unidade Central de Processamento :

• Unidade Lógica e Aritmética

• Unidade de Registros

• Unidade de Controle

Sistema hipotético:

Definiremos um sistema hipotético que possui uma ULA que opera dois registradores de 8 bits (A e B) e possui outro (F) para apresentar a saída com os seguintes Controles: M, S1 e S2 seleciona a operação a ser executada conforme a tabela:

STA e STB carrega o conteúdo do barramento de Dados nos registradores A e B respectivamente.

OE carrega o conteúdo de F no barramento de Dados.

S0 S1 M=0 op.Aritméticas M=1 op.Lógicas0 0 F = A plus B AND0 1 F = A minus B OR1 0 F = A X B NOT1 1 F = A /B XOR

Registros A e B :Registros de Propósito geral: armazenam informações variadas a serem processadas:• LD : Carrega inf. Do bar. De dados.• OE Entrega o conteúdo armazenado para o bar. De dados

Registro RI:Registrador de Instruções: Armazena o código da instrução a ser executada.• LD : Carrega inf. Do bar. De dados.

Registro REM:Registrador de endereço de memória: Armazena o endereço de memória a ser acessado.

Un. de Registros

Registro PC:Contador de Programa: Armazena o endereço da próxima instrução a ser buscada na memória. É incrementado a cada busca.•CKEN : Habilita incremento pelo Clock do sistema .•PCldl e PCldh: Carrega informação do Bar. De dados, bits menos significativos e mais significativos respectivamente.

Registro PSW:Registrador de Status: Armazena informações relevantes ao funcionamento da UCP.

Unidade de Controle :É a unidade que controla a execução das instruções:• Extrai a instrução da memória principal.• Interpreta o Código de operação (na ROM).•Controla a execução da instrução pelo sequenciamento dos sinais de controle.

Recebe o código da instrução proveniente de RI e possui um sequenciador que incrementa os bits menos significativos de endereço da ROM executando assim as microinstruções :

Unidade de Controle :

Além dos controles:• M, S1, S0, STA, STB, OEalu => Unidade Lógica e Aritmética • Ckenpc, LDpch, LDpcl, LDa, OEa, LDb, OEb, LDri, Ldrem, CkenremComanda:•MREQ(habilita memória),IORQ(habilita i/o),RD(leitura do dispositivo), WR(escrita no dispositivo) .

Transferência de dados :Transfere dados ou blocos de dados entre os registradores, posições de memória e barramento de dados.• MOVE A, B

Tratamento de operandos:Realizam operações aritméticas ou lógicas.• ADD A, B

TIPOS DE INSTRUÇÕES

Instruções de desvio:Determinam desvio no fluxo do programa.• JMP, Jcond, JSR, RET

Entrada/Saída:Comunicação da UCP com interfaces de I/O.• IN port

Miscelânea:Instruções especiais de um processador em particular.

Fase de Busca(fetch) :É o ciclo de máquina para leitura do código de operação(c.o), a primeira palavra da instrução. O ciclo de busca é idêntico para qualquer instrução.

Fase de Execussão :São os ciclos de máquinas necessários para busca das palavras restantes da instrução e execução dessa. É diferente e compreende números de ciclos de máquina diferentes para cada instrução.

Ciclo de Máquina :É 1(UMA) seqüência de microoperações que são executadas caracterizando uma operação. A execução de instruções é dividida em ciclos de máquina.

•Instrução•Ciclo•Microprograma

•Microinstruções•Microoperações•Microcomando

0000

00

1

0001

00

00 0000 05h

2

0002

00

0005h00

05h

05h

05h

3

0500

01

000500

053d

4

0501

01

000500

053d

3d

3d

3d

5

0000

01

000500

05

3d

3d

6

0001

01

012701

053d

3d

7

0002

01

012701

3d

3d

27

27

27

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02

012701

3d

3d

27

9

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02

012701

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3d

27

3d

3d

10

2702

02

026d02

3d

3d

27

3d

11

2703

02

026d02

3d

3d

27

3d

6d

6d

6d

12

2704

03

026d02

3d

3d

27

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6d

13

2705

03

026d02

3d27

3d

6d

9d9d

9d

14

0000

03

026d02

3d

27

3d

6d

9d

9d

15

0000

03

026d02

3d27

3d

6d

9d

9d

16

2: { 3: int x,a; 4: x = 20; C:0x0800 7F14 MOV R7,#0x14 5: x = x + 5; C:0x0802 7405 MOV A,#0x05 C:0x0804 2F ADD A,R7 C:0x0805 FF MOV R7,A C:0x0806 E4 CLR A C:0x0807 33 RLC A 6: a = x; C:0x0808 F508 MOV 0x08,A C:0x080A 8F09 MOV 0x09,R7 7: } C:0x080C 22 RET ...

Endereço de Retorno em PilhaAs pilhas normalmente são definidas dentro da própria memóriaO registrador SP(Stack Pointer) contém o endereço da 1ª posição livre na pilha.

Sub-Rotinas :

Endereço de Retorno junto à Sub-RotinaArmazena-se a primeira palavra para o endereço de retorno(DS).Chamada : JSR SUB (Sub está armazenada a partir da posição de memória endsub)

endsub <- (PC)

PC <- endsub +1

Retorno:

JUMP(SUB)

PUSH PC (SP) <- (PC)

SP <- (SP)+1

JUMP endsub

POP PC (SP) <- (SP)-1

PC <- ((SP))