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FUNCIONAMENTO DO COMPUTADOR

Adão de Melo Neto

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ELEMENTOS DE UM COMPUTADOR É uma evolução do Modelo de Von Newman

PROCESSADOR (UCP)

unidade de controle (UC) + unidade lógica aritmética (ULA) +

registradores

MEMÓRIA;

BARRAMENTOS

– barramento de dados,

– barramento de endereço e

– barramento de controle

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PROCESSADOR OU UNIDADE CENTRAL DE

PROCESSAMENTO (UCP)

São funções da UCP, executar as instruções armazenadas na

memória e controlar as operações no computador.

A memória possui células (que possuem endereços) em que se

armazenam as instruções ou dados a serem processador pela UCP.

Um programa, para ser executado deve estar na MEMÓRIA. Este

programa é constituído de uma série de instruções armazenadas em

células sucessivas da MP.

BARRAMENTO DE DADOS

Transporta dados do PROCESSADOR para MEMÓRIA ou

DISPOSITIVO DE E/S (vice-versa)

BARRAMENTO DE ENDEREÇOS

Transporta os endereços a serem acessados (lidos ou escritos) na

MEMÓRIA ou dispositivo de E/S.

– Observação:

• A informação dessa posição de memória, que está sendo lida ou

escrita transita pelo barramento de dados, que é bidirecional.

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BARRAMENTO DE CONTROLE

Indica qual a operação que vai ser realizada:• leitura ou escrita, na maior parte dos casos

Possui também sinais para• A arbitragem do barramento a ser utilizado e

• Para determinar quem vai utilizar o barramento naquele momento,

que pode ser tanto a UCP como a unidade de entrada/saída.

MODELO DO COMPUTADOR

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CICLO DE INSTRUÇÃO

• Este ciclo de instrução se repete indefinidamente até que o sistema

seja desligado, ocorra erro, ou seja encontrada uma instrução de

parada.

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DIAGRAMA FUNCIONAL DA UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO

As atividades ( ou funções) realizadas pela UCP são divididas em duas grandes

categorias: processamento e controle.

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UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO

(UCP)

ou

PROCESSADOR

FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO

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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP

•O dispositivo principal desta atividade é chamado ULA(Unidade Lógica e

Aritmética).

•A ULA é o dispositivo que executa as operações lógicas ou aritméticas sobre

os dados. Tais operações podem ser:´• SOMA, SUBRAÇÃO,MULTIPLICAÇÃO, DIVISÃO

• DESLOCAMENTO

• AND, OR , NOT

• NEGAÇÃO

• COMPARAÇÃO,

• etc.

•Os demais componentes são os registradores (ACC – registrador acumulador e

outros registradores ), que servem para armazenar dados (ou para guardar

resultados) a ser usados pela ULA.

•A interligação entre os componentes é efetuada pelo barramento interno da CPU.

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UNIDADE LÓGICA ARITMÉTICA (ULA)•A ULA é um aglomerado de circuitos (vimos alguns).

•Possui duas entradas para operandos das operações. Por exemplo SOMA onde

a operação é SOMA (representado pelo código A4) e os operandos são 3A25 e

172C.

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PORQUE EXISTEM REGISTRADORES•Um dado deve permanecer mesmo que por um breve instante, armazenado em

um registrador (a memória da UCP ):

• (1) Para que o dado seja transferido para a ULA

• (2) E também para que o resultado de uma operação realizada na ULA

possa ser reutilizado mais adiante (por outra instrução) ou ser, em seguida,

transferido para a memória.

•O registrador acumulador (ACC), além de armazenar dados, serve de elemento

de ligação da ULA com os restantes dispositivos da CPU.

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UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO

(UCP)

ou

PROCESSADOR

FUNÇÃO DE CONTROLE

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OUTROS REGISTRADORES DA UCP•A UCP possui sempre outros registradores com funções específicas ou

que executam função de controle.

•Registrador de Instrução (RI)

•contador de instrução (CI)

•registrador de Endereço de Memória (REM)

•Registrador de Dados de Memória (RDM).

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FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP•É a parte funcional da CPU que realiza as atividades de:

• 1) Busca de instrução a ser executada, armazenando-a no RI

(registrador de instrução)

• 2) Interpretação das ações a serem desencadeadas com a instrução

(realizada pelo decodificador)

• 3) Geração de sinais de controle pela UNIDADE DE CONTROLE (UC)

para a execução da instrução. Esses sinais de controle são enviados aos

diversos componentes do sistema, sejam internos da CPU (como a ULA)

ou externos (como a memória ou E/S).

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DISPOSITIVOS QUE DESEMPENHAM

A FUNÇÃO DE CONTROLE DA UNIDADE CENTRAL DE

PROCESSAMENTO

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RELÓGIO DO COMPUTADOR

• Cristal de quartzo que vibra milhões de vezes por segundo

• Gera um sinal que faz com que o processador e demais circuitos trabalhem de

forma sincronizada.

• Este sinal é uma onda quadrada passando de 0 para 1 a uma taxa fixa. É

medido em hertz (Hz) que representa número de ciclos por segundo.

• Um sinal de 100 MHz significa que existem 100 milhões de ciclos em 01

segundo

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CICLO DE INSTRUÇÃO/ OPERAÇÕES ELEMENTARES

•Cada operação elementar de uma instrução (busca da instrução, por

exemplo) realiza-se em um passo no ciclo de instrução (busca da instrução

de uma instrução de SOMA por exemplo) e, por essa razão, costuma-se

dividir o ciclo em subciclos defasados no tempo, de modo que cada um

aciona um passo diferente da instrução.

UNIDADE DE CONTROLE•1) Tem como função executar a instrução armazenada no REGISTRADOR DE

INSTRUÇÃO (RI) através de sinais de controle que emite em instantes de tempo

programados (subciclos). Esses sinais de controle são enviados aos diversos

componentes do sistema, sejam internos da CPU (como a ULA) ou externos (como

a memória ou E/S)

•2) Os sinais de controle emitidos ocorrem em vários instantes durante o período de

realização de um ciclo de instrução 3) que são cadenciados pelo relógio

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DECODIFICADOR DE INSTRUÇÃO

• 1) Dispositivo utilizado para identificar as operações a serem realizadas

(operações que estão correlacionadas à instrução em execução, armazenada no

registrador de instrução) 2) acionando uma entrada específica da UC (unidade de

controle), 3) que por sua vez saberá que sinais devem ser emitidos.

• Cada instrução é uma ordem para que a CPU realize uma operação. É necessário

que cada instrução possua uma identificação própria e única. A unidade de

controle está, por sua vez, preparada para sinalizar adequadamente aos diversos

dispositivos da CPU, conforme ela tenha identificado qual instrução deve ser

executada.

DECODIFICADOR DE INSTRUÇÃO

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RDM e REM• São os registradores utilizados pela CPU e MEMÓRIA para comunicação

e transferência de informação.• RDM: possui um tamanho igual ao da palavra e do barramento de dados.

• REM: possui um tamanho igual ao dos endereços da memória (e barramento de

endereços).

REGISTRADOR DE INSTRUÇÃO (RI)

• Armazena a instrução a ser executada pela UCP

• Ao se iniciar um ciclo de instrução, a (1) Unidade de Controle(UC) emite

o sinal de controle que acarretará a realização de um ciclo para (2)

buscar a instrução na memória (uma cópia dela), e que, (3) via

barramento de dados e (4) RDM, será (5) armazenado no RI.

CONTADOR DE INSTRUÇÃO (CI)

• Armazenar o endereço da próxima instrução a ser executada.

• Tão logo a instrução que vai ser executada seja buscada (lida) da

memória para a CPU (início do ciclo de instrução), o sistema providencia

a modificação do conteúdo do CI de modo que ele passe a armazenar o

endereço da próxima instrução na seqüência