Upload
vubao
View
218
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Arquitetura de Computadores 3
CPU
• Funções:
– Processamento;
– Controle
• Componentes:
– UC (Unidade de Controle);
– Registradores;
– ALU’s, FPU’s etc.
Processador
• A função de um computador é executar tarefas com a finalidade de resolver problemas.
• Uma tarefa pode ser executada por meio de uma sequência ordenada de instruções de máquina.
• O processador é o componente responsável pelo processamento de instruções e de dados.
Processador
• O processador é constituído por centenas de transistores.
• As portas lógicas são implementadas fisicamente por meio de transistores.
Diferentes encapsulamento de transistores.
Microprocessador Intel 4004 com 2300 transistores (1971)
Componentes do Processador
• ULA (Unidade Lógica e Aritmética)
– É onde as operações lógicas e aritméticas são realizadas.
• Unidade de controle
– Controla a execução de qualquer instrução dentro do processador.
– Define o que tem que ser feito a cada momento.
– Decodifica a instrução e gera os sinais de controle para as unidades funcionais.
Componentes do Processador
• Registradores
– Pequenas memórias dentro do processador.
– Armazenam dados que estão sendo executados no momento.
– Dois tipos:
• Registradores de propósito geral
• Registradores específicos
Barramento
• Conjunto de condutores por meio dos quais as informações trafegam de uma parte do computador para outra
Instruções
• Representação elementar que gera uma ação em um computador.
• Determina o que o computador deve fazer naquele instante. Um programa é composto por muitas instruções, que são executadas de forma ordenada pelo processador.
• Estrutura de uma instrução
00000010001100100100000000100000
add $t0, $s1, $s2
Arquitetura de Computadores 17
CPU
• Ciclo de instrução:
– Busca instrução;
– Decodifica a instrução;
– Busca operandos;
– Executa a instrução;
– Escreve os resultados;
– Retorna ao primeiro passo.
Arquitetura de Computadores 18
CPU - Processamento
• Execução propriamente dita das instruções
• Esta função envolve a UAL, FPU’s e registradores;
• Exemplos: – Operações aritméticas; – Operações lógicas; – Movimentação de dados; – Desvios (branch); – Entrada / Saída.
Arquitetura de Computadores 20
CPU - Processamento
• Registradores: elementos de
armazenamento das informações usadas
pelas instruções. Podem ser:
– Propósito geral;
– Propósito específico.
Arquitetura de Computadores 21
CPU - Processamento
• Implicações do tamanho da palavra:
– Tempo de processamento em ciclos de relógio;
– Desempenho em relação aos barramentos
internos e externos da CPU;
– Tamanho (largura) dos registradores.
Arquitetura de Computadores 22
CPU - Controle
• As atividades de controle da CPU compreendem:
– Busca e decodificação das instruções a serem executadas;
– Geração de sinais de controle que irão ativar os diversos componentes internos e externos da CPU.
Arquitetura de Computadores 23
CPU - Controle
• Dispositivos envolvidos nas atividades de controle: – UC: unidade de controle; – RI (ou IR) - Registrador de instruções (Instruction
Register); – CI (ou PC) - Contador de instruções (Program
Counter) – Clock (Relógio); – RDM (Registador de dados da memória); – REM (Registrador de endereços de memória).
Arquitetura de Computadores 24
CPU - Controle
• UC - movimentação de dados e controle da ALU (ou UAL);
• Clock - gerador de pulsos que sincronizam os trabalhos da CPU. Freqüência medida em MHZ;
• RI - armazena a instrução que está sendo executada;
• PC - armazena o endereço da próxima instrução a ser buscada.
Arquitetura de Computadores 25
CPU - Controle
• Decodificador de instruções - descobre qual a instrução que será executada pela CPU;
• RDM - armazena o dado que vai para memória ou que acabou de chegar da memória.
• REM - Armazena temporariamente o endereço de um acesso à memória (leitura ou escrita).
Arquitetura de Computadores 26
CPU
• Instrução de máquina - é uma operação básica que o processador consegue interpretar e executar.
• (ISA - Instruction Set Architecture) - conjunto de instruções que um processador é capaz de executar.
• CISC - Complex Instruction Set Computer.
• RISC - Reduced Instruction Set Computer.
Arquitetura de Computadores 27
CPU
• Formato de instruções:
– Código de operação (opcode) - é o identificador da instrução a ser executada;
– Operandos - dados que serão manipulados pela instrução.
• Dentro de um ISA podem existir vários formatos de instrução.
Arquitetura de Computadores 28
CPU
• Linguagem Assembly - conjunto de símbolos
que representam as instruções de máquina
de forma mais amigável para o ser humano.
• Assembler - é quem faz a tradução do
código Assembly para a linguagem de
máquina.