1. Nota Histórica: 1946: Surge o primeiro computador digital, com válvulas, 1ªgeração Início dos Anos 60: Computador feito com transístores, 2ªgeração Meados dos Anos 60: Utilização de C.I’s, primeiro SSI (Short Scale Integration) e depois MSI (Medium Scale Integration ), é a 3ª geração 1971: Aparecimento do 1º microprocessador, utilização de C.I’s com milhares de transístores/“chip” Actualmente: Desenvolvimento da tecnologia VLSI (Very Large Scale Integration), centenas de milhares de transístores/“chip”

2. Introdução. Conceitos Gerais: Computador digital: Sistema que processa dados e que tem capacidade para executar, sequencialmente, operações aritméticas e

lógicas. Dados: informação numérica ou alfanumérica codificada em binário. Bit: Unidade mínima de informação Palavra: Agrupamento básico de bits susceptível de ser interpretada por um computador

o Os dados são conjuntos de bits agrupados em palavraso O nº de bit’s define o comprimento da palavrao Palavra de dados: Agrupamento de bits, com um determinado comprimento, que é interpretado pelo computador como

uma quantidade.o Palavra de instrução: Agrupamento de bits, com um dado comprimento, que é interpretado pelo computador como uma

ordem para realizar uma determinada tarefa. Byte: é uma palavra de 8 bit’s Nibble: agrupamento de 4 bit’s MSB: “Most Significant Bit”, bit de maior peso (ou bit mais significativo) LSB: “Least Significant Bit”, bit menos significativo (ou bit de menor peso) Diagrama de Blocos de um computador:

o CPU: (“Central Processing Unit”) – é a unidade central de processamento, o “cérebro” do sistema.Microprocessador (µP): É um CPU realizado num só circuito integrado LSI.

o Microcomputador (µC): computador digital de pequenas dimensões, cujo CPU é um microprocessador. o Memória: É o suporte físico, destinado ao armazenamento de informação.o Minicomputador: Computador digital de pequenas dimensões, mas de constituição mais complexa do que o

microcomputador.o Portos I/O: São os circuitos de entrada/saída de dados; são os meios físicos através dos quais, o computador troca

informação com o seu mundo exterior.o Periféricos: São as entidades que não fazem parte do computador, mas que computador comunicam com ele, enviando

e/ou recebendo informação. Existem periféricos de entrada e de saída. Exemplos: teclado, display, monitor vídeo, impressora, unidade de discos, gravador, modem, etc…

Computadores dedicados: concebido para ser usado em aplicações num campo específico. Computador de uso geral: desenhado para resolver uma gama variada de problemas. Vantagens de µP’s:

o Versatilidadeo Fiabilidadeo Baixo custoo Pequena dimensão

Áreas de utilização:o Sistemas de cálculoo Tratamento de dados alfanuméricoso Telecomunicaçõeso Controlo de processoso Monitorização de sinaiso Instrumentação

Utilização em monitorização e/ou controlo: Software: Conjunto de programas usados no sistema e respectiva documentação. Hardware: Suporte físico dum sistema digital; por exemplo, um microcomputador. Trata-se da realidade palpável.

3. Linguagens de programação: Programa: é uma sequência de instruções que define a realização de uma tarefa e que é escrita numa determinada linguagem. Linguagem de programação: é o conjunto dos símbolos e das regras usado para representar a informação.

o Linguagem de alto nível: as instruções são escritas, usando uma “gramática” semelhante à que é usada pelo Ser Humano. Exemplos: BASIC, FORTRAN, COBOL, PASCAL, C, Java Programa Fonte:

o Linguagem assembly: Representação de nível intermédio entre a linguagem de alto nível e a linguagem máquina; é uma linguagem mnemónica mais elaborada, que permite a substituição de endereços por etiquetas (“labels”).

o Código de máquina: Os microprocessadores só reconhecem informação codificada em conjuntos de “0”s e “1”s, isto é, codificada em código máquina, usando linguagem máquina.

Programa Objecto: O programa escrito em linguagem máquina é o programa objecto (“ object program”) e é escrito em código objecto (“object code”).

Compilador: Ferramenta (“Software”) que toma o programa escrito em linguagem de alto nível e o converte em linguagem adequada ao executor (código objecto). O programa é todo convertido para código objecto e só posteriormente é executado.

Interpretador: Ferramenta que permite memorizar o programa fonte e que procede à sua conversão para código objecto, por fases. Cada instrução é traduzida (convertida para código objecto) e, em seguida, é executada; segue-se a tradução da instrução seguinte.

Assembler: Conversor de código assembly para código máquina. Cross-Assembler: Programa que é usado para converter o código assembly de um computador (ou, com maior rigor, de um

microprocessador) no de outro. Cross-Compiler: Análogo ao cross-assembler, mas usado em linguagem de alto nível. Linguagem de Alto Nível

o Utilização de referencias simbólicaso Facilidade de desenvolvimento de programaso Obtenção de programas quase auto-documentadoso Desenvolvimento de programas independente do microprocessador do sistema

Linguagem Assembly:o Utilização de referencias simbólicas

o Dispensa de utilização de compiladores e/ou tradutoreso Facilidade de controlo de tempos de execução dos programaso Eficiência em termos de ocupação de memória

Linguagem máquina:o Utilização de código binário (hexadecimal)o Utilização de endereços fixoso Difícil interpretação pelo Homemo Escrita e introdução dos programas no microcomputador, morosa e muito susceptível de erroso A única linguagem que é aceite pelos microprocessadores

4. Memórias Memórias: Para armazenar os programas e os dados que se destinam a ser tratados por um microcomputador

o Volátil: Quando se desliga a fonte de alimentação, perde-se a informação memorizada.o Não Volátil: A informação memorizada mantém-se, mesmo na ausência de tensão de alimentação.

De massa: Por vezes recorre se à utilização de elementos externos ao microcomputador para armazenar a informação (p. ex., discos, diskettes, bandas magnéticas);

Parâmetros: o Tempo de acessoo Densidade de informação memorizada por “chip”o Custo/bito Consumo de energia

Tecnologias mais usadas na implementação de memórias de Tecnologias mais usadas na implementação de memórias de semicondutor:

o Bipolar (TJBs)o MOS

Estáticas: utilização de “latches” com configuração semelhante à dos registos que usam tecnologia bipolar Dinâmicas: A informação é armazenada numa pequena capacidade. Para evitar a perda de informação,

motivada pelas resistências de fugas, enviam-se periodicamente impulsos de refrescamento (“refreshing”)o CCD

Vantagens: o Nas memórias dinâmicas implementadas em tecnologia MOS, os registos apresentam uma estrutura mais do que nas

estáticas, permitindo maior densidade de células por “chip”. As memórias dinâmicas apresentam menor custo/bit e funcionam com consumo de energia mais baixo, mesmo considerando o consumo do circuito de refrescamento. No entanto, as memórias estáticas apresentam a vantagem de dispensarem a utilização de circuitos de refrescamento e de permitirem um acesso mais rápido aos seus registos, para a execução de operações de escrita e leitura de dados.

Memórias usando tecnologia bipolar (TTL, LSTTL, ECL):o De acesso rápido, mas...o Consumo elevadoo Baixa densidade de células por “chip”o Custo elevado

Memórias:o RAMo ROMo PROMo EPROMo EEPROM

5. Arquitectura Básica de um Microprocessador Diagrama de blocos de um Microprocessador Blocos de um Microprocessador

o ALU (Aritmetric Logic Unit): é a unidade aritmética e lógica, que efectua as operações aritméticas e lógicas. Ou seja, a ALU pode somar, subtrair, complementar, incrementar, decrementar, deslocar palavras para a direita e para a esquerda e efectuar operações lógicas; negação, E, OU e OU-Exclusivo

o Unidade de controlo: descodifica as instruções provenientes da memória e gera os sinais necessários para controlar o sistema

Registo de Instruções (IR – Instrution Register): armazena instruções (informação organizada em bytes) provenientes da memória, que posteriormente vão ser descodificadas

Descodificador de Instruções e Controlador de Sequências (ID e CS – Instrution Decoder and Control Sequencer”): descodifica as instruções e gera as sequências de palavras adequadas para controlar a sua execução

Circuitos de Temporização e de Controlo (CT e C – Timing and Control): recebem as sequências de palavras provenientes do CS e que, em função estas, geram os sinais eléctricos apropriados para controlar a execução das instruções. Estes circuitos, têm ainda capacidade para desencadear interrupções ou estados de espera, quando tal é solicitado do exterior

Diagrama de blocos da unidade de controlo 3 tipos de sinais:

o Dados (palavras de dados e de instrução)o Controlo o Endereço

Relação entre o nº de linhas de endereços e o nº de posições acessíveis:o A utilização de N linhas de endereço permite endereçar 2N palavras.

Linha(s) de “Chip Enable”(CE) (por vezes, também assinaladas com a indicação CS, “Chip Select”): se existir(em) permitir(em) aumentar a capacidade de endereçamento.

Registos dedicados:o Contador de Programa (PC – “Program Program Counter Counter”): É usado para “orientação” interna; contém o

endereço da próxima instrução a ser executadao Ponteiro de Pilha (SP- Stack Pointer): É usado para endereçar pilhas (“stacks”) de dados criadas em memória. As pilhas

são blocos de dados do tipo LIFO (“Last In – First Out”)

o Registo de Estados (FR – “Flag Register Register”): Contém bits que dão conta de alguns acontecimentos que ocorrem aquando da execução de operações pela ALU

Troca de informação:o Canal ou barramento de dados (data bus): conjunto de linhas bidireccional, através do qual são transmitidas palavras

de dados e instruçõeso Canal ou barramentos de endereços (address bus): conjunto de linhas unidireccional e “tristate”, através do qual se

enviam os endereços das posições de memória e dos portos entrada/saída a acedero Canal ou barramento de controlo (control bus): conjunto de linhas através do qual se enviam sinais de controlo e de

sinalização6. Microprocessador 8085 – INTEL

Descrição do “pin-out” do 8085:o Vcc, Vss: Pinos de alimentação (VCC=+5V, VSS=GND)o X1, X2: Ligação do cristal que activa o relógio do sistema. (No 8085 320ns<T<2ms)o A15-A8: Os 8 bits mais significativos do canal de endereçoso AD7-AD0: Canal de dados, os 8 bits menos significativos do canal de endereços. Os dados e os endereços surgem aqui

multiplexados no domínio do tempo surgem, aqui, multiplexados no domínio do tempo. Consoante o tipo de operação que está a ser efectuado, assim surge, nestes pinos, informação relativa a dados ou a endereços

o ALE (Address Latch Enable): Saída onde surgem impulsos cujo flanco descendente é usado para validar a informação contida nas linhas AD7 -AD0 como byte relativo a endereços (e não a dados).

o WR(-): Saída “tri-state” que quando activada (em que, quando activada, em “0 “) indica que a informação disponível no canal de dados se destina a ser escrita numa posição de memória ou num porto de saída

o RD(-): Saída “tri-state” que, quando activada (em “0”) indica que o canal de dados se encontra disponível para receber informação proveniente de uma posição de memória ou de um porto de entrada

o IO/M(-): Saída “tri-state” que indica se a operação de leitura ou de escrita, a ser efectuada, se destina a um porto de entrada/saída ou a uma posição de memória.

o READY: Entrada que, quando assume o valor lógico “0”, indica ao P que um periférico a que este pretende aceder, não está μpronto para receber ou enviar informação, pelo que o P deve entrar em estado de espera (“wait state”)μ

o RESET IN: Entrada que, quando (activada em “0”), provoca o carregamento do valor 000H no carregamento do valor 000H no “Program Counter” do Pμ

o RESET OUT: Saída que, quando assume o valor “ 1”, indica que foi efectuado o RESET do P. O impulso gerado neste pino tem μum tempo de duração múltiplo do período do relógio e pode ser usado para inicializar o Pμ

o HOLD: Entrada que quando assume o valor lógico “1” indica ao P que “alguém” no mundo exterior (um periférico ou outro μP) solicita, para si, o controlo dos canais de informação. Após terminar a operação em curso, o P liberta os canaisμ μ

o HLDA: Saída através da qual o P responde a uma solicitação enviada através das linha HOLD. Depois de terminar a operação μem curso, o terminar a operação em curso, o P provoca uma P provoca uma transição “1”→“0” no estado desta saída e liberta μos canais de informação

o CLK (OUT): Saída onde surge um sinal de relógio com uma Saída onde surge um sinal de relógio com uma frequência que é metade da do sinal ocorrido em X1, X2 e que, frequentemente, é utilizado para sincronizar a lógica exterior ao CPU

o S0, S1: Saídas de “state” cujos estados permitem saber qual o estado do Pμ

o INTR (“Interrupt Request”): Entrada que, quando activada (INTR=1), indica ao P que um periférico pretende interromper a μsua actividade. O controlo do programa passará, em seguida, a depender dum “byte” que será colocado no canal de dados

o INTA (-)(“Interrupt Ackowledge”): Saída que indica, ao meio exterior, que o P tomou conta dum pedido de “interrupt”μo TRAP: Entrada que, quando activada (em “1”), interrompe a execução programa e coloca, no “Program Counter”, um endereço

previamente definido, 0024Ho RST 7.5, 6.5, 5.5: Entradas de “interrupt” análogas à TRAPo SOD: Saída de informação em Sérieo SID: Entrada de informação em Série

“interrupts” endereços:o TRAP—0024Ho RST 7.5—003CHo RST 6.5 –0034Ho RST 5.5 –002CH

Ordem decrescente:o TRAP;RST 7.5; RST 6.5; RST 5.5; INTR

Estrutura interna do µP:o Existem diversos registos de uso geral de 8bits – B, C, D, E, H e Lo O Acumulador é um registo de 8bits o O ponteiro da pilha (“Stack Pointer”) e o Contador do Programa (“Program Counter”) são registos de 16bits

Campo de código de operação:o Um conjunto de bits que definem o código de operação (OP. CODE “Operation Code”) O conjunto de posições reservado numa

instrução. O conjunto de posições reservado, numa instrução, para o OP. CODE Campo do operando: Conjuntos de bits que constituem operandos ou identificam a localização destes (identificam registos do P, μ

registos de memória ou portos I/O). As posições reservadas, para estes bits são estes campos Formatos (c/exemplos):

o 1 byteo 2 byteo 3 byte

Modos de endereçamento:o Directo:

Os bytes 2 e 3 da instrução contêm o endereço do registo:

S0 S1 Estados do µP0 0 Paragem (Halt)0 1 Escrita (Write)1 0 Leitura (Read)

1 1Busca de

memória ou I/O (Fetch)

(Byte 2)= Parte menos significativa do endereço. (Byte)3)= Parte mais significativa do endereço. Exemplo – STA 8000H/LDA 3000H

o Registo: A instrução especifica o registo, ou o par de registos, que contém os dados da operação. Exemplo – INX H/DCX D

o Registo Indirecto: A instrução especifica o par de registos cujo conteúdo é o endereço do registo de memória que contém os dados da

operação Exemplo – ADD M/SUB M

o Imediato: Os dados estão contidos na própria instrução (no byte 2 ou nos bytes 2 e 3) Exemplo – MVI 51H/MVI C

Agrupamento Funcional das instruções do 8085:o Grupo de transferência de dados

Provoca a transferência de dados entre registos. A execução destas instruções, não afecta o estado das “flags”o Grupo de operações aritméticas

Provoca a realização de operações de soma, subtracção, incremento ou decremento, envolvendo o conteúdo de registos internos do P e/ou de memóriaμ

o Grupo de operações lógicas Provoca a realização de operações lógicas entre o conteúdo de registos Provoca a realização de operações lógicas

entre o conteúdo de registosdo P ou entre o conteúdo destes e o conteúdo de registos de memória. Podem μexecutar-se as funções AND, OR, XOR, NOT e algumas funções especiais como a comparação e a rotação

o Grupo da transferência de controlo ou salto Provoca alteração na execução sequencial do programa:

Salto (“Jump”) incondicional Salto condicionado pelo estado de alguma das “flags” Chamada incondicional duma sub-rotina Chamada duma Chamada duma sub--rotina, condicionada pelo estado de alguma das condicionada pelo

estado de alguma das “flags” Regresso incondicional duma sub-rotina Regresso de uma sub-rotina condicionado pelo estado de alguma das “flags”

o Grupo de controlo, “Strack” e I/O Inclui instruções de manipulação de pilha (“stack”), de controlo de portos I/O e de inibição/ desinibição de

interrupções Nomeclatura:

o r - Registo do Pμo rp – Par de registos. Qualquer dos pares BC, DE ou HLo rh – é o registo do par, que contém o byte de maior pesoo rl – é o registo do par, que contém o byte de menor pesoo M – registo de memória cujo endereço é o conteúdo do par HLo n – número binário de 8 bits (palavra de dados) número binário de 8 bits (palavra de dados), n é o conteúdo do byte é o

conteúdo do byte 2 duma instruçãoo n1-n2– número binário de 16 bits, n1 é o byte mais significativo e n2 é o byte menos significativo byte menos significativo.o (r) – conteúdo de um registoo (rp) – conteúdo de um par de registos

Condições, ccc:o Z(zero):Z=1o NZ (no zero):Z=0o C (carry):CY=1o NC (no carry):CY=0o PE (parity even):P=0o PO (parity odd):P=1o P (positive):S=0o M (minus):S=1

Ciclo de relógio (estado):o A unidade básica de tempo é o ciclo de relógio, que é o período do relógio do sistema e que é designado por estado (“state” ou

“machine state”) Ciclo máquina:

o Por cada vez que o P endereça a memória ou periférico ou um porto I/O, ocorrem vários estados e temos um ciclo máquina. μCada ciclo máquina gasta vários estados

Ciclo de instrução:o O tempo necessário para que o P extraia uma instrução da memória e a execute é o ciclo de instruçãoμ

7. Transferência de Informação entre um Microcomputador e os seus Periféricos A transferência de informação entre um microcomputador e os seus periféricos faz seus periféricos faz-se através dos portos de entrada/saída

se através dos portos de entrada/saída(portos I/O). Constituição:

o Um descodificador de endereçoo Um circuito lógico de controloo Um conjunto de “buffers tristate” que, no caso dos portos de saída, pode ser substituído por um conjunto de registos de memória do

tipo pode ser substituído por um conjunto de registos de memória do tipo “latch” Organização dos portos I/O:

o Endereçamento próprio (“isolated I/O”): Usa-se uma linha do canal de controlo para distinguir os portos I/O da memória.o Endereçamento de memória (“memory mapped I/O “): O acesso aos portos I/O é feito da mesma forma que o acesso aos registos

de memória. Seleccionam-se uns endereços para aceder a memória e outros para aceder a portos I/O para aceder a portos I/O Operação de I/O:

o Transferência por entrada/saída programada (“programmed I/O”): O microprocessador desencadeia e controla a operação de transferência de informação.

o Transferência por interrupção (“interrupt I/O”): O periférico inicia a operação e o microprocessador controla-a.

o Transferência por acesso directo à memória, DMA (“Direct Memory Access”): O periférico desencadeia e controla a operação de transferência de informação.

8. Conceitos sobre programação estruturada A programação é a técnica de escrever programas. A escrita de um programa deve ser feita criteriosamente por forma a obter estruturas

em que exista:o Simplicidade: Obtenção de blocos (segmentos de programa) que executem funções bem definidas, claramente identificadas e

que sejam pouco extensas.o Modularidade: Obtenção de blocos (módulos) que, na medida do possível, tenham concepção funcionamento e teste

independentes dos restantes concepção, funcionamento e teste independentes dos restantes módulos.o Fiabilidade: Obtenção de programas cujo funcionamento seja assegurado. Todas as condições de funcionamento (p. Ex. Gamas

de valores possíveis de assumir pelas variáveis) devem ser levadas em linha de conta e todos os resultados possíveis devem ser previstos.

o Adaptabilidade: Obtenção de estruturas em que a alteração das condições de funcionamento e a extensão dos programas sejam possíveis e fáceis

o Eficiência: Obtenção de programas em que o numero de instruções, a ocupação de memória e/ou tempo de execução sejam minimizados de memória e/ou tempo de execução sejam minimizados.

Fases:o Análise do problema: Consiste em identificar claramente a situação em jogo, definir o objectivo a atingir e especificar, de

forma inequívoca, as saídas pretendidas para cada uma das combinações de entradas possíveis.o Concepção dum algoritmo: É a definição do método (sequência de acções) para resolver o problema.o Obtenção dum fluxograma que traduza o algoritmo concebido: É a representação gráfica utilizada para a definição, análise

ou solução do problema.o Codificação do algoritmoo Conversão do código obtido para código executável o Teste de correcção de erroso Gravação do programa, para posterior utilizaçãoo Documentação do projectoo Manutenção

Fluxogramas:o Elemento (de um fluxograma): designação atribuída a cada um dos símbolos que o constituem designação atribuída a cada

um dos símbolos que o constituem. o Elemento processamento: é o elemento básico do fluxograma.o Elemento decisão: é utilizado para alterar o fluxo do controlo do programa.

Três estruturas básicas:o Estrutura Sequência (“Sequence”): É constituída por um encadeamento de elementos de processamentoo Estrutura Se-Então-Senão (“If-Then-Else”): É constituída essencialmente por um elemento decisão e dois elementos

processamentoo Estrutura Faça-Enquanto (“Do-While”): É constituída por um elemento decisão e um elemento processamento.

Nível:o Conceito: É utilizado quando se procede à fase de análise do problema, e traduz, em linhas gerais, as tarefas que devem ser

realizadas pelo microcomputador.o Algoritmo: Representa-se pormenorizadamente a forma como as tarefas podem se, pormenorizadamente, a forma como as

tarefas podem ser realizadas. A elaboração de fluxogramas, a nível de conceito e de algoritmo pode ser feita independentemente da escolha do C que vai ser usado para resolver o problema ser usado para resolver o problema.μ

o Instrução: Representam-se, de forma pormenorizada, as operações a efectuar pelo microcomputador. Este fluxograma deve ser elaborado de tal forma que seja possível obter, directamente a partir dele, a codificação do algoritmo em linguagem apropriada ao executor (microcomputador).

Programa Estruturado: Diz-se que um programa é estruturado em relação a um determinado conjunto de figuras básicas, se o seu fluxograma puder ser elaborado a partir de um encadeamento de figuras (estruturas) desse conjunto.

9. Microcomputador SDK-85 O microcomputador SDK-85 é um computador dedicado, de aplicação no ensino sobre o microprocessador 8085. Características:

o Visualizar o conteúdo de todas as posições de memória e de todos os registoso Introduzir e executar programas, quer de forma contínua, quer passo a passoo Parar e retomar a execução de programas sempre que necessário

Configuração:o Um CPU: O microprocessador 8085 -Intel o Um Teclado: Com 24 teclas, através do qual é possível introduzir, no P, dados codificados em hexadecimal. Adiante, apresenta-se μ

uma descrição das funções se uma descrição das funções associadas a cada teclao Um display: onde é possível visualizar dados (conteúdos de registos internos do onde é possível visualizar dados (conteúdos de

registos internos do P e de registos de memória) e endereços. μo Um controlador de teclado e display: o C.I 8279, que é usado para controlar a troca de informação com o exterior através

daqueles dois periféricos.o Um descodificador de endereços: C.I. 8205 que é usado para aceder aos periféricos instalados e a outros que se venham a instalar.

Saliente-se que existe, no C, uma área de placa de circuito impresso destinada à expansão de circuito impresso destinada à μexpansão de “hardware”

o Memória RAM: um “chip” 8155, com capacidade de 256×8 bits. É possível expandir esta capacidade para o dobro, inserindo outro “chip” no C.μ

o Memória ROM: um “chip” 8355 (ou uma EPROM 8755) com capacidade de 2048×8 bits, onde está memorizado o programa monitor do microcomputador. Esta capacidade também se pode expandir para o dobro (4kbyte), inserindo outro “chip” no microcomputador.