ARQUITETURA DE COMPUTADORES

Nível do Conjunto de Instruções

Prof.: Agostinho S. Riofrio

Nível do Conjunto de Instruções

1. Introdução2. Registradores3. Tipos de Dados4. Formato de Instruções5. Modos de Endereçamento6. Instruções7. Entrada/Saída8. Interrupções

Agenda

Introdução

Posicionado entre o nível de Microarquitetura e o nível do Sistema Operacional. Foi o primeiro nível a ser desenvolvido.

Permite que a maioria dos computadores seja capaz de executar programas escritos em várias linguagens de alto nível.

É a interface entre o software e o hardware.

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IntroduçãoNível do Conjunto de Instruções

RegistradoresNível do Conjunto de Instruções

De uso Geral:•Registradores disponíveis para os programadores para usos gerais.

De uso Especial:•PC (Contador de Programa), ST (Apontador da Pilha)•PSW (Registrador de stados da ULA)

N – Marcado quando o resultado foi NegativoZ – Marcado quando o resultado foi ZeroV – Marcado quando o resultado excedeu a capacidade da ULA (overflow)C – Marcado quando o resultado causou um “vai-um” do bit da extrema direitaA – Marcado quando houve um vai-um do bit 3 (“vai-um” auxiliar)P – Marcado quando o resultado teve paridade par.

Registradores – Pentium 4Nível do Conjunto de Instruções

Tipos de dados•Numéricos

•Inteiros•Complemento de dois•Com sinal ou sem sinal•Dupla precisão•Ponto flutuante (32, 64 ou 128 bits)

•Não Numéricos•ASCII•Unicode•Valores Booleanos

•Verdadeiro•Falso

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Numéricos – Pentium 4Nível do Conjunto de Instruções

Formatos de Instrução

Quatro formatos comuns de instrução: (a) Instrução sem endereço. (c) Instrução com dois endereços. (b) Instrução com um endereço. (d) Instrução com três endereços.

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Modos de Endereçamento• Endereçamento Imediato

Operando vem junto com a instrução. Usado para especificar constantes inteiras pequenas.

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Instrução imediata para carregar a constante 4 no registrador 1.

Modos de EndereçamentoNível do Conjunto de Instruções

• Endereçamento DiretoAcessa sempre a mesma posição de

memória. O endereço é dado na instrução. Só pode ser usado para variáveis globais cujos endereços são conhecidos no momento da compilação.

Modos de EndereçamentoNível do Conjunto de Instruções

• Endereçamento de RegistradorEspecifica um registrador em vez de

memória.

Modos de Endereçamento

Endereçamento indireto de registrador: um programa genérico em linguagem de montagem para calcular a soma dos elementos de um vetor.

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• Endereçamento Indireto de RegistradorEndereço de memória está contido

em um registrador.

EndereçamentoNível do Conjunto de Instruções

• IndexadoÉ quando o endereço de memória dado por um registrador adicionado a um deslocamento constante. O deslocamento vem da instrução.

Possível representação de MOV R4, A (R2).

Endereçamento IndexadoNível do Conjunto de Instruções

Programa genérico em linguagem de montagem para calcular a operação OR de Ai AND Bi para dois vetores de 1024 Elementos.

Modos de EndereçamentoNível do Conjunto de Instruções

• De base indexadoEndereço de memória é resultado da soma de dois registradores adicionados a um deslocamento. Um registrador é a base e o outro é o índice.

LOOP: MOV R4,(R2+R5)AND R4,(R2+R6)

EndereçamentoNível do Conjunto de Instruções

• PilhaNão opera com endereços

EndereçamentoNível do Conjunto de Instruções

InstruçõesNível do Conjunto de Instruções

• De Desvio• Altera fluxo do programa para o endereço

alvo determinado pelo modo de endereçamento.

• Movimento de Dados• Gera cópia de um dado em registrador ou

memória• Operações

• Diádicas: Combinam dois operandos para obter um resultado

• Monádicas: Só um operando e só um resultando

InstruçõesNível do Conjunto de Instruções

• Comparações e Desvios Condicionais– Testar dados e alterar a sequência de

instruções a ser executada.• Chamada de Procedimento

– Grupo de instruções que realiza alguma tarefa e pode ser chamado de diversas partes do programa. Quando conclui a tarefa deve voltar a declaração após a chamada.

• Controle de Laço– Execução de um grupo de instruções por

um número fixo de vezes.• Operações de Entrada/Saída

InstruçõesNível do Conjunto de Instruções

• Comparações e Desvios Condicionais– Testar dados e alterar a sequência de

instruções a ser executada.• Chamada de Procedimento

– Grupo de instruções que realiza alguma tarefa e pode ser chamado de diversas partes do programa. Quando conclui a tarefa deve voltar a declaração após achamada.

InstruçõesNível do Conjunto de Instruções

• Controle de Laço– Execução de um grupo de instruções por

um número fixo de vezes.

(a) Laço do tipo “teste no final”. (b) Laço do tipo “teste no início”.

InstruçõesNível do Conjunto de Instruções

• Operações de Entrada/Saída

Registradores de dispositivo para um terminal simples.

InstruçõesNível do Conjunto de Instruções

• Operações de Entrada/Saída

Exemplo de E/S programada.

InstruçõesNível do Conjunto de Instruções

Instruções de inteiros do Pentium 4

Entrada/SaídaNível do Conjunto de Instruções

• Operações de Entrada/Saída• Instruções para controlar os controladores de

dispositivos de entrada/saída.– E/S DMA– E/S por interrupção

E/S por DMANível do Conjunto de Instruções

Controlador de DMA assume a função de transferir o conteúdo solicitado ao periférico diretamente a memória.

InterrupçõesNível do Conjunto de Instruções

• Interrupções são alterações no fluxo de controle que não são causados pelo programa em execução.

• Em geral estão relacionadas a E/S.• Quando termina o tratamento de interrupção

o controle é devolvido ao programa interrompido.

• As interrupções podem ser agrupadas por prioridade.

• Em alguns casos uma interrupção pode ser atendida antes da finalização da interrupção corrente.

InterrupçõesNível do Conjunto de Instruções

• Ações de Hardware• O controlador de dispositivo ativa uma linha

de interrupção no barramento.• Se o atendimeto de interrupção estiver

habilitado, a CPU envia um sinal de reconhecimento ao dispositivo.O dispositivo de identifica a CPU através de um número chamado vetor de interrupção.

• A CPU passa a o PC e PSW para a pilha.• Carrega o PC com o valor encontrado a partir

do vetor de interrupção.

InterrupçõesNível do Conjunto de Instruções

• Ações de Software• Rotina de tratamento de interrupção salva

todos os registradores em uso.• O programa identifica o dispositivo gerador

da interrupção.• O dispositivo é identificado pela CPU através

de um número chamado vetor de interrupção.• Execução das instruções da rotina que trata a

interrupção.• Restaura os registradores salvos.• Executa a instrução RETURN FROM

INTERRUPT para que a CPU restaure PSW e PC.

InterrupçõesNível do Conjunto de Instruções

[1] TANEMBAUM, Andrew S. Organização Estruturada de Computadores. Quinta Edição. Editora Pearson Prentice Hall, São Paulo, 2007.[2] HENNESSY, John L.; Patterson, David A.; Organização e Projeto de Computadores – 2ª Edição 2000; ED LTC.[3] MONTEIRO, M. A. Introdução à organização de computadores. Quarta Edição. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2002.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Nível da Lógica Digital