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Entendendo o Marie

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Entendendo o Marie

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  • MARIE

    Trabalho desenvolvido pelos alunos do curso de

    Sistemas de Informao (2011) da Universidade Federal

    de Itajub UNIFEI.

  • SUMRIO

    PARTE I: ENTENDENDO O MARIE

    Foco em explicar o funcionamento do Computador simplificado Marie.

    O QUE O MARIE? 3 POR QUE ESTUDAR O MARIE? 3 ARQUITETURA DE VON NEUMAN: Descrio breve da estrutura que se 3 baseiam os computadores atuais. GARGALO DE VON NEUMAN: Problema da estrutura de Von Neuman. 3 COMPONENTES DO MARIE: Explicao dos componentes do Marie tendo 4 como suporte o infogrfico criado pelo Dr. Cludio Kirner. O QUE ACONTECE QUANDO O MARIE LIGADO? 6 Sequncia de passos que o Marie submetido para executar programas. ENDEREAMENTO NO MARIE: Componentes e tamanho de uma instruo e 7 mneumnicos. MODOS DE ENDEREAMENTO: Endereamento direto e indireto. 8 DIAGRAMAS DE ENDEREAMENTO DE INSTRUES: Endereamento 9 direto e indireto. TIPOS DE INSTRUES: Descrio dos tipos de instrues no Marie 12

    PARTE II: PROGRAMANDO NO MARIE

    Foco na construo de uma base que permita construir programas para o Computador Simplificado Marie.

    LINHAS E COMENTRIOS: Incio do programa, como fazer comentrios no cdigo. 13 DIRETIVAS: Org, Hex, Dec e ASCII - Conceitos importantes em programao no Marie. 13 ABSOLUTO E REALOCVEL: Mtodos de Programao. 15 TRADUO DE NVEL 1 E 2: Entendendo programas absolutos e realocveis. 16 MACRO INSTRUES: Conceito. 16

  • PARTE III: BIBLIOTECA DE PROGRAMAS

    Macro Instrues e programas complexos comentados.

    Hello World 17 Multiplicao 17 Diviso 18 Exponenciao 21 Raiz Quadrada 24 Ordenao pelo Mtodo da Bolha 25

    PARTE IV: REFERNCIAS, ANEXO A e ALUNOS ANEXO A: Como usar o simulador Marie 29 ALUNOS RESPONSVEIS PELO PROJETO. 39 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 40

  • PARTE I: ENTENDENDO O MARIE

    O que o Marie?

    Por que estudar o Marie?

    ARQUITETURA DE VON NEUMAN

    A Arquitetura de von Neuman se baseia na arquitetura de computadores onde os programas

    de uma mquina digital so armazenados no mesmo espao onde tambm so armazenados

    os dados. Em outras palavras, esse conceito envolve o armazenamento de instrues e dados

    na unidade de memria. Alm disso, caracterizado pela separao do processamento e

    memria.

    Nesse modelo de arquitetura, existem hardwares de entrada e sada de dados, uma CPU

    (Central nica de Processamento), uma ALU (Unidade Lgica Aritmtica) que executa

    operaes matemticas simples, uma unidade de controle que determina a sequencia de

    instrues que sero executadas por meio de sinais.

    O computador simplificado MARIE simula um ambiente de uma mquina com a arquitetura baseado na proposta por Von Neumann. Entretanto, contrrio aos

    computadores atuais, suas instrues fazem referncia apenas um endereo de memria.

    Tornando-o mais simples porm, com recursos limitados.

    O MARIE tem uma arquitetura simplificada e um simulador didtico, prprio para ensino e aprendizagem. Conhecendo o funcionamento dele torna-se mais fcil o entendimento de um

    computador atual.

    GARGALO DE VON NEUMAN

    Considere, nos computadores baseados na arquitetura de Von Neumann os seguintes

    componentes:

    - Unidade de processamento Central (CPU) - Memria A memria na maioria dos computadores armazena programas e dados simultaneamente e possui uma taxa de transferncia menor do que a taxa de transferncia da CPU. O fato de instrues e dados utilizarem o mesmo caminho para serem transferidos da memria principal para a CPU limita a mquina a ficar aguardando que um dado chegue para poder executar uma prxima instruo. Da, surge-se a expresso Gargalo de Von Neumann, que nada mais , do que o enfileramento de instrues e dados que s podem caminhar entre os componentes citados acima um por um. Esse processo reduz a velocidade de operao e se agrava cada vez mais que as memrias de computadores atingem tamanhos maiores.

  • COMPONENTES DO MARIE

    Abaixo ser descrito graficamente os componentes do Marie de acordo com o modelo

    elaborado pelo professor Cludio Kirner (Figura 1).

    Unidade Lgica Aritmtica (ALU): A ULA executa as principais operaes lgicas e aritmticas

    do computador. Ela soma, subtrai, divide, determina se um nmero positivo ou negativo ou

    se zero. Alm de executar funes aritmticas, uma ULA deve ser capaz de determinar se

    uma quantidade menor ou maior que outra e quando quantidades so iguais. A ULA pode

    executar funes lgicas com letras e com nmeros.

    Registrador de instrues (IR): detm a prxima instruo a ser executada no programa.

    Contador de Programa (PC): detm o prximo endereo de intruo a ser executado no

    programa.

    Registrador de entrada (InREG): Armazena os dados inseridos pelos componentes de entrada

    (ex. teclado).

    Figura1: Modelo do computador simplificado Marie.

  • Registrador de sada (OutREG): Armazena os dados que sero enviados aos componentes de

    sada (ex. monitor).

    Registrador de endereo de memria (MAR): especifica um endereo de memria para a

    prxima leitura ou escrita.

    Registrador de Buffer de Memria (MBR): contm dados a serem escritos na memria ou

    recebe dados lidos da memria.

    Acumulador (ACC): Responsvel por guardar registros de dados. Este um registo de uso

    geral e mantm os dados que a CPU precisa processar. A maioria dos computadores

    atualmente possuem mltiplos desses registos de uso geral.

    Memria ou memria principal (MEM): responsvel pelo armazenamento temporrio de

    instrues e dados.

    C: Controlador responsvel por gerenciar o funcionamento dos demais componentes do

    modelo de computador simplificado apresentado.

    Linha Azul: Ciclo de busca de Dados

    Linha Vermelha: Ciclo de busca de Instruo

    O funcionamento do Marie consiste basicamente na busca por dados e instrues. Esse

    processo ser abordado a seguir.

  • O QUE ACONTECE QUANDO O MARIE LIGADO?

    O contador calcula

    o endereo da

    instruo.

    Busca essa instruo

    na memria. H a decodificao da

    operao da instruo

    (add, load, store, etc.).

    Ou seja, o computador

    identifica o que ele ter

    que fazer.

    Depois de identificar o

    que tem que fazer

    calculado o endereo do

    operando envolvido na

    operao.

    Ocorre a busca do

    operando na memria. Se

    for mais de um dado ele

    retorna ao passo anterior

    para buscar todos os dados

    necessrios para executar

    a operao.

    Faz as devidas operaes

    sobre os dados que ele

    buscou na memria.

    Depois de cada operao

    ter sido executada

    calculado o endereo de

    destino desses resultados,

    que podem ser muitos.

    Depois de ter calculado o(s)

    endereo(s) de destino

    /so armazenado(s) o(s)

    resultado(s).

    Retorna, no caso de cadeia

    de caracteres ou vetor, e

    continua trabalhando, s

    que agora com o prximo

    elemento.

    Busca a prxima instruo.

    Caso no haja novas

    instrues, o computador

    fica ocioso.

    INCIO

  • ENDEREAMENTO NO MARIE

    Para explicar melhor os modos de endereamento, ser brevemente descrito instrues em

    linguagem de mquina.

    Cada instruo deve conter o necessrio para que a CPU consiga execut-la. Ela composta

    por 4 elementos:

    Cdigo de operao

    Referncia a um operando de entrada

    Referncia de sada

    Endereo da prxima instruo

    As instrues possuem 16 bits.

    No Marie, o