Todo processador é constituído de circuitos capazes de realizar algumas operações primitivas:...

Unidade Central De Processamento: Processador

Todo processador é constituído de circuitos capazes de realizar algumas operações primitivas:◦ Somar e subtrair◦ Mover um dado de um local de armazenamento

para outro◦ Transferir um dado para um dispositivo de saída

Processador: Funções Básicas

A função do processador é executar programas:◦ Um programa executável é constituído de um

conjunto de instruções de máquina seqüencialmente organizadas


Para que a execução de um programa tenha início é necessário que:◦ As instruções devem estar armazenadas em

células sucessivas, na MP ou MC◦ O endereço da primeira instrução deve estar

armazenado no processador


A partir daí, o processador:◦ Busca uma instrução (op. de leitura), uma de

cada vez, cujo endereço deve estar armazenado em um registrador específico

◦ Interpreta a instrução◦ Busca os dados (operandos) onde estiverem

armazenados, para trazê-los até o processador


◦ Executa efetivamente a operação com os dados buscados e guarda o resultado no local definido na instrução

◦ Reinicia o processo buscando uma nova instrução Os passos descritos formam um ciclo de instrução e ele é repetido até que seja encontrada uma instrução de parada ou até que ocorra algum erro


Buscar a próxima instrução

Início

Interpretar instrução(decodificar)

Buscar operandos

Executar instrução

Armazenar resultados

Fim

As atividades do processador estão divididas em duas categorias:◦ Função de processamento◦ Função de controle

Busca, interpretação e controle da execução das instruções

Controle dos componentes do sistema


Para efeito didático, o processador executará as instruções seqüencialmente ◦ Processo lento e pouco eficiente

Os processadores atuais utilizam a técnica pipeline◦ Execução de instruções em paralelo


O diagrama de blocos a seguir ilustra os principais componentes de um processador e sua organização lógica◦ Não se trata de uma organização física

Os componentes principais são:◦ ULA (Unidade Lógica Aritmética)◦ UC (Unidade Controle)◦ Banco de Registradores

ProcessadorOrganização Interna

Registradores específicos◦RI - registrador de instrução: armazena

instrução corrente em execução◦CI (contador de instruções) ou PC (Program

Counter): armazena o endereço da próxima instrução

◦ACC: acumulador◦RDM: registrador de dados da memória◦REM: registrador de endereço da memória

Registradores de propósito geral: 0 a R-1

ProcessadorOrganização Interna

ULA Registradores0 a R-1

ACC

UCDecodificador de instruções

RI

PC RDM

REM

Barramento de endereços

Barramento de dados

Relógio

Barramento de controle


ACC


RI

PC RDM

REM


Barramento de dados


Relógio

Operações da ULA:

ULA – Unidade Lógica E Aritmética

SomaMultiplicaçãoSubtraçãoDivisãoOperação ANDOperação OR

Operação XORDeslocamento à direitaDeslocamento à esquerda

IncrementoDecremento

As operações podem utilizar:◦ Dois operandos pois a ULA tem somente duas

entradas◦ Um operando no caso do incremento ou

decremento A saída da ULA está ligada diretamente aos

registradores, através do barramento interno

ULA – Unidade Lógica e Aritmética

A capacidade de processamento de uma CPU (velocidade que ela executa uma instrução) é determinado pelo tamanho da palavra

O tamanho da palavra determina o tamanho da ULA, do barramento interno e dos registradores

Processador: Palavra

Para comparar processadores em relação ao tamanho da palavra, considere a seguinte operação:◦ 3A25 + 172C (A + B)◦ Ambos números inteiros, sem sinal com 16 bits de

tamanho cada um


Regs de 8 bits

25 + 2C

3A + 17

CPU

3A

25

17

2C

MP

8 bits

Barramento de dados8 bits

8 bits

Processador com palavra de 8 bits A operação de soma é

realizada em duas etapas

A

B

Regs de 16 bits

3A25 + 172C

CPU

3A

25

17

2C

MP

8 bits

Barramento de dados16 bits

16 bits

Processador com palavra de 16 bitsA operação de soma dos mesmos números

é realizada em uma etapa

A

B

O tamanho da palavra influencia também no tamanho do barramento de dados◦ Para melhor desempenho, o BD deve ter uma

palavra de largura◦ Se a largura do barramento for menor, por

exemplo, metade da palavra, seriam necessários dois ciclos de tempo do barramento


O tamanho da palavra influencia também na organização da memória◦A memória está organizada em bytes

mas os dados que se movimentam entre processador e memória devem estar organizados em palavras Se isto não ocorrer, o processador ficará em

estado de espera (wait state) até que a palavra completa seja transferida

A transferência irá gastar mais de um ciclo de memória


Dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo

A quantidade de vezes que o pulso se repete em um segundo define a freqüência◦ A freqüência é usada para definir a velocidade do

processador

Processador: Relógio

Durante um ciclo de clock ocorre a realização de uma operação elementar do ciclo de instrução

Uma operação elementar não se realiza em um só passo logo o ciclo de clock é dividido em ciclos menores (subciclos)

Os passos de uma operação elementar denominam-se microoperações


Gerador de tempo

Unidade de controle

Relógiot0

t1t2t3t4t5

Um clock t0 e seus 5 subclocks



Início

Interpretar instrução(decodificar)

Buscar operandos

Executar instrução

Armazenar resultados

Fim

Passo elementar que ocorre em um ciclo de clock


O reg. de instruções recebe a instrução

buscadaRI RDM

O RDM recebe a instrução

RDM Mem

Incrementar o CI para armazenar o

endereço da próxima instrução

PC PC + N

Colocar o endereço da

instrução a ser buscada no REM

REM (PC)

MicrooperaçõesPara a busca de uma instrução

subciclo


ACC


RI

1000 RDM

1000


Barramento de dados

Relógio


1000

PC

REM

REM (PC)

1000


ACC


RI

1000RDM

REM


Barramento de dados

Relógio


PC

CI CI + N

1000

1000

10041004


ACC


RI

1004 A = B + C

REM


Barramento de dados

Relógio


PC

RDM Mem

RDM


ACC


A = B + C

1004 A = B + C

REM


Barramento de dados

Relógio


PC

RI RDM

A = B + C

RI

RDM

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