AULA08-3 Arquitetura Organizacao Computadores CC RESUMO

7/24/2019 AULA08-3 Arquitetura Organizacao Computadores CC RESUMO

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UTFPR Campus Santa Helena

AULA 08c – CPU - PROCESSADORES

RESUMO DE TUDO.

PROFESSOR: Euclides Peres Farias Junior

E-mal: [email protected]

ARQUITETURA DE COMPUTADORES




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CPU – Unidade Central de Processamento● Local onde os dados são manipulados, também conhecidocom o “Cérebro” do Computador

Função básica da CPU● Processamento e execução de programas;● Executar as instruções;● Controlar as operações no computador;● Comunica com os elementos restantes do sistema atraés

dos seus pinos, ligados a barramentos !BUS" externos#

Ciclo de Instrução● Consiste em uma busca de instrução, seguida por $ero oumais buscas de operandos, seguidos por uma eri%icação de

interrupção !se as interrupções estierem habilitadas"





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Os Principais componentes do sistema de Computação● Processador;● &em'ria Principal;● &'dulos de E()

● Precisam ser interconectados a %im de trocar dados e sinais decontrole#

● * meio de interconexão mais popular é o uso de um

barramento do sistema compartilhado, consistindo em m+ltiplaslinhas#● tualmente, normalmente existe uma hierar-uia debarramentos para melhorar o desempenho#





4

Os Principais componentes do sistema de Computação *s principais elementos de pro.eto para os barramentos

incluem/

●

Arbitração/ a permissão para eitar sinais nas linhas dobarramento pode ser controlada de %orma central ou distribu0da;

● Temporização/ os sinais no barramento podem sersincroni$ados com clock central ou eitados de %orma ass0ncrona

com base na transmissão mais recentes;

● Largura / n+mero de linhas de endereço e n+mero de linhas dedados#

ARQUITETURA DE COMPUTADORES ARQUITETURA DE COMPUTADORES



5

á!uina de "on #eumann

John Von Neumann (1903 – 1957) 1 trabalhou em pes-uisase pro.etos importantes/

●

E23C 1 4m dos principais computadores de 56 7eração;

● Manhattan Project 1 Pro.eto da 8omba t9mica;

● :eoria dos ogos 1 &atem<tica#




6

= Em 5>?@, Von Newmann e seus colegas começaram o pro.eto

de um noo computador de programa arma$enado, conhecidocomo Computador 3), no Princeton Institute for AdvancedStudies#

● $mbora não conclu%do antes de &'()* + o prot,tipo de

todos os computadores de uso geral

● á!uina de Von Newmann + baseada em tr-s conceitos.5 1 Aados e instruções são arma$enados em uma +nicamem'ria de leitura escrita;B 1 * conte+do dessa mem'ria é endereç<el por local, semconsiderar o tipo de dados neles contidos; 1 execução ocorre em um padrão se-uencial !a menos -ue

modi%icado explicitamente" de uma instrução para a seguinte#




7

= 4ma mem'ria principal, -ue arma$ena dados e instruções;= 4ma unidade l'gica e aritmética !4L" capa$ de operar sobre

dados bin<rios;= 4ma unidade de controle, -ue interpreta as instruções namem'ria e %a$ com -ue se.am executadas;= E-uipamentos de Entrada e )a0da !E()" operado pela unidadede Controle




8

COPO#$#T$/ 0$ U COPUTA0O1 – "I/2O 0$ ALTO #3"$L




9

COPO#$#T$/ 0$ ALTO #3"$L $ U COPUTA0O1

= CP4 troca dados com a mem'ria; Para isto, normalmente utili$adois registradores internos D CP4/4 Um 1egistrador de $ndereço de em,ria 5A16. -ueespeci%ica o endereço na mem'ria para a pr'xima leitura ou

escrita;4 Um 1egistrador de Buffer de em,ria 5716. -ue contém osdados a serem escritos na mem'ria ou recebe os dados lidos namem'ria;

4 Um 1egistrador de $ndereço de $8/ 5I8O A16. especi%ica umdispositio de E() em particular;

4 Um 1egistrador de 7u99er de $8/ 5I8O 716. é usado para a trocade dados entre um m'dulo de E() e a CP4#




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A ULA 5:ALU ou UAL;6. é o dispositio do processador -ue

e%etiamente executa as operações matem<ticas com os dados#Por e<emplo. )oma, subtração, multiplicação e diisão;Operação l,gica. 2A, *, F*;

= Aeslocamento D direita, deslocamento D es-uerda, entre outros#

= Composta/ por dispositios l'gicos digitais simples, capa$es dearma$enar bits e e%etuar operações simples de l'gica booleana;

= *s dados são %ornecidos D 4L em registadores e uma e$processados eles são arma$enados noamente em registadores#

= *s registadores são interligados a 4L por meio de caminhos desinal;




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= 4L também pode atiar bits especiais !flags" para indicar o

estado de uma operação# Por exemplo/ )e o resultado %or G!$ero", se%oi menor -ue G!$ero", se ocorreu overflow , ###

= 4nidade de Controle %ornece sinais para controlar a operação da4L e a trans%erHncia de dados entre a 4L e os registradores#




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= 4L também pode atiar bits especiais !flags" para indicar oestado de uma operação;

= 4nidade de Controle %ornece sinais para controlar a operação da4L e a trans%erHncia de dados entre a 4L e os registradores#




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4 ULA de n4bits

= Pode=se diidir a 4L em n blocos idHnticos, cada um tratando umpar de bits dos operandos#




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4 ULA. Unidade L,gica Aritm+tica

Estrutura genérica para um bloco de 5=bit#




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$=$PLO 0$ UA U#I0A0$ L>?ICA 5&47IT6




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$=$PLO 0$ UA U#I0A0$ L>?ICA 5&47IT6




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COPO#$#T$/ 0$ UA CPU.

CC, E7s, 4L, A&, C3, 3, AEC*A3I# 32):4JKE), 4C#



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Registradores especícos

◦UC – Unidade de Controle:◦ULA – Unidade !gica "rit#$tica: Parte #ate#%tica.◦&anco de Registradores.

''''''''''''''''''''''''''

◦R! - registrador de instru()o: ar#a*ena instru()ocorrente e# e+ecu()o,

◦C! -contador de instru(es/ ou PC -Program Counter /:ar#a*ena o endere(o da pr!+i#a instru()o,

◦ACC: acu#ulador,◦RDM: registrador de dados da #e#!ria,◦REM: registrador de endere(o da #e#!ria,

Registradores de prop!sito geral: 0 a R12



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UC – 4nidade de Controle é o dispositio mais complexo do

computador#

Ele possui a l'gica necess<ria para reali$ar a moimentação dedados e instruções “de” e “para” o processador, atraés dos sinaisde controle -ue emite em instantes de tempo determinados

con%orme uma programação préia#



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UC – 4nidade de Controle é respons<el por/

= Controlar a trans%erHncia de dados e instruções para dentro e %orada CP4;

= Controlar a operação da 4L;

= Controlar a execução de instruções;

= 7erar sinais de controle externos ao processador para comandara trans%erHncia de dados entre o processador e a mem'ria oum'dulos de entrada ( sa0da;



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4 O rel,gio 5clock 6 é um dispositio gerador de pulsos cu.a duração

é chamada de ciclo#= -uantidade de e$es em -ue este pulso b<sico se repete em umsegundo de%ine a unidade de media do rel'gio denominada%re-uHncia, a -ual também é utili$ada para de%inir a elocidade da4CP# )erem para/

4 /incronizar. ou se.a, permitir -ue duas ou mais acções ocorramno mesmo instante de tempo#

4 Cadenciar. as ações reali$adas em um determinada positio, ouse.a, controlar a elocidade com -ue elas ocorrem#



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Principais elementos.= 4m ciclo do rel'gio !cloc clMcle" é o interalo de tempo entre o in0cio deum pulso e o in0cio do seguinte#

= 4m per0odo !cycle time ou period " é o interalo de tempo gasto para serobter um ciclo do sinal do rel'gio#

= 4sualmente medido em unidades de tempo em nanossegundos#4 Fre!u-ncia 5frequency ou clock rae6. é a -uantidade de ciclos porsegundo de um rel'gio# N o inerso do per0odo#

= unidade de medida utili$ada para a %re-uHncia é o Hert!H" onde, 5 O$

5 ciclo por segundo#ssim, se um processador %unciona com um clock de BQ milhões de e$espor segundo, isto é, BQ&O$, e sendo seu per0odo de duração o inerso da%re-RHncia, então cada ciclo ser< igual a 5(BQGGGGGG, ou G,GGGGGGG? ou ?Gnano segundos !n)"#





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1egistrador de 0ados da em,ria – 10 5!emory Buffer

"e#$%er !B"6= N utili$ado pela 4CP para a trans%erHncia de in%ormações entreesta e o barramento de dados#= 2o ciclo de busca de uma instrução, assume a %unção dearma$enar temporariamente a instrução a ser executada, a -ual %oitra$ida, ia barramento de dados, da mem'ria, e na se-uHncia étrans%erida para o 3#

= * A& tem tamanho !em bits" geralmente igual ao do barramentode dados, sendo -ue o tamanho deste +ltimo tem tamanho m+ltiplodo tamanho da palara do processador#





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1egistrador de $ndereços da em,ria – 1$ 5!emory &''re%%

"e#$%er !&"6rma$ena o endereço da mem'ria onde a in%ormação dee ser lidaou escrita# 2o ciclo de busca de uma instrução, arma$ena oendereço da mem'ria onde se encontra a instrução a serexecutada, %ornecido pelo C3#:em tamanho !em bits" igual ao tamanho dos endereços demem'ria e ao tamanho do barramento de endereços





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U "Registradores

0 a R12

"CC

UC3ecodicadorde instru(es

R4

PC R35

RE5

&arra#entode endere(os

&arra#entode dados

Rel!gio

&arra#entode controle

QQ





29

U "Registradores

0 a R12

"CC


R4

PC R35

RE5


&arra#entode dados


Rel!gio





30

U "Registradores

0 a R12

"CC


R4

PC R35

RE5


&arra#entode dados


Rel!gio





31

$strutura 7ásica de uma CPU

= Existem <rias linhas para comunicar com o resto do sistema#




33

7I7LIO?1AFIA/

):LL3327), S# = r-uitetura e *rgani$ação de Computadores#T6 Edição 1 )ão Paulo, )P/Pearson Pratice Oall, BG5G#

AEL7A*, # nd 38E3*, C# = r-uitetura de Computadores#

B6 Edição 1 io de aneiro, / L:C Editora, BGGT#

&*3&*:*, C# E# = OardUare, 7uia Ae%initio# Porto legre,)# BGG>#


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