Faculdade Lourenço Filho Redes do Computadores 2013.1 Unidade Central de Processamento UCP Cap. 06...

Faculdade Lourenço Filho

Redes do Computadores2013.1

Unidade Central de Processamento UCPCap. 06


Prof. Antonio Filho


Informática

Faculdade Lourenço Filho Arquitetura de Computadores

Informática -Eletrônica


Evolução


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.


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


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


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.


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


Diagrama esquemático de uma UCP - II

Controle

Dados e Endereços


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.


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.


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”.


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


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


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


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


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


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.


Formato geral de uma Instrução

Op COD. – Tem apenas um campo de bits

Operando - dependendo da instrução pode ter mais campos


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.


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


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


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.


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


Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes Transferência de dados.


Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes

Artiméticas


Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes

Lógicas

conversão


Entrada/Saída



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


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


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;


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.


Fim de aula

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