Todo processador é constituído de circuitos capazes de ... · Decodificador de instruções RI PC...

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

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

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

ULA Registradores 0 a R-1

ACC

UC Decodificador 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:

Soma

Multiplicação

Subtração

Divisão

Operação AND

Operação OR

Operação XOR

Deslocamento à direita

Deslocamento à esquerda

Incremento

Decremento

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

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

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 dados

8 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 dados

16 bits

16 bits

Processador com palavra de 16 bits

A 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

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

Relógio t0

t1 t2 t3 t4 t5

Um clock t0 e seus 5 subclocks

Processador: Relógio


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

buscada RI 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)

Microoperações Para a busca de uma instrução

subciclo


ACC


RI

1000 RDM

1000


Barramento de dados

Relógio


1000

PC

REM

REM (PC)

1000


ACC


RI

1000 RDM

REM


Barramento de dados

Relógio


PC

CI CI + N

1000

1000

1004 1004


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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