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1 1 Conteúdos: Debora, Edcarllos, livros! slides disponíveis!

2 Unidade central de Processamento realiza operações básicas codificadas em 0s e 1s instrução contém código de operação e informação dos operandos programa é composto de instruções de máquina armazenadas em seqüência na memória 2

3 Ciclo de instrução Busca a próxima instrução Interpreta a instrução (decodificação) Executa a instrução Volta para passo 1 Atividades da UCP Processamento - ULA e registradores Controle - Contador de Instruções (PC), Unidade de controle e relógio 3

4 operações básicas que podem ser executadas pelo hardware: somar dois números multiplicar 2 números transferir palavra de dados da memória para UCP desviar condicionalmente e incondicionalmente operações lógicas transferir bytes da E/S para memória principal 4

5 instrução add destreg, rega, regb addi rega, regb, imm lw rega, regb, desloc ou lw rega, desloc(regb) sw rega regb desloc ou lw rega, desloc(regb) beq rega regb desloc significado soma o conteúdo do registrador rega com o conteúdo de regb e armazena resultado no registrador destreg soma o conteúdo do registrador regb com o valor imediato e armazena resultado no registrador rega carrega no registrador rega o conteúdo da palavra da memória cujo endereço é a soma do conteúdo do registrador regb com o valor desloc armazena o conteúdo do registrador rega no endereço de memória. sendo este endereço a soma do conteúdo do registrador regb com o valor desloc. caso os conteúdos dos registradores rega e regb sejam iguais, vai para o endereço PC+1+desloc., onde PC é o endereço da instrução beq 5

6 instrução sub destreg, rega, regb j edesvio halt noop significado subtrai o conteúdo do registrador rega do conteúdo de regb e armazena resultado no registrador destreg a proxima instrução a ser executada é aquela armazenada no endereço edesvio incrementa o valor de PC e para execução do programa incrementa o valor de PC e vai para próxima instrução 6

7 imediato direto indireto por registrador base mais deslocamento 7

8 imediato o operando contém o valor a ser trabalhado direto o operando contém o endereço de memória principal onde se encontra o valor 8

9 indireto o operando contém um endereço de memória X em X, está armazenado um outro endereço de memória, digamos, Y em Y está o valor armazenado opcode xxxxxxx! X! yyyyyyyy! Y! (15) 2! 9

10 por registrador o operando contem o endereço ou id de um registrador base mais deslocamento existe um operando que informa o endereço inicial outro operando que informa o deslocamento 10

11 Imediato ou Constante O operando é uma constante indicada na própria instrução addi Endereçamento relativo ao PC O operando é um endereço formado por: valor atual do PC + um valor constante especificado na instrução beq (a próxima instrução a ser executada está no endereço PC+1+5) 11

12 Endereçamento por registrador O identificador do registrador indica onde o operando se encontra. add Endereçamento por base ou deslocamento O operando se encontra em um endereço de memória formado por: conteúdo de um registrador + uma constante indicado na instrução lw

13 quanto menor e mais simples o conjunto de instruções, menor pode ser o ciclo do processador CISC(complex instruction set computer) RISC(reduced instruction set computer) Projeto de um processador inclui definir o conjunto de instruções e implementar o hardware para executá-lo instruções podem ter tamanho fixo ou variável 13

14 Programa em C a=b+c Programa em Linguagem de montagem add a, b, c Variáveis ficam em registradores (8 registradores de 32 bits cada um) 14

15 Programa em C f=(g+h)+(i+j) Programa em Linguagem de montagem: add t0, g, h add t1, i, j add f, t0, t1 Atenção: g, h, i, j, e f também devem ser mapeados para registradores 15

16 Supondo g alocada para registrador 1 h alocada para registrador 2 i alocada para registrador 3 j alocada para registrador 4 f alocada para registrador 5 f=(g+h)+(i+j)! add 6, 1, 2 add 7, 3, 4 add 5, 6, 7 16

17 Programa em C A[12]=h+A[8] Programa em linguagem de montagem supondo h alocada no registrador 2 endereço inicial de A no registrador 4 lw 1, 4, 8 (R1 = mem(r4+8)) add (R1 = R2 + R1) sw 1, 4,12 ((mem(r4 + 12) = R1) 17

18 dados mantidos na memória, pois não há espaço nos registradores Operações lógicas e aritméticas somente realizadas entre registradores Logo, necessita-se de instruções para realizar transferência entre a memória e registradores 18

19 Programa em C g=h+a[8] Programa em linguagem de montagem g alocada no registrador 2 h alocada em 3 endereço inicial de A: registrador 4 lw 1, 4, 8 (R1 = mem(r4 + 8)) add 2, 1, 3 (R2 = R1 + R3) 19

20 Programa em C a = b + c; d = a c; correspondente em MIPS add a, b, c sub d, a, c f = ( g + h ) ( i + j ); add t0, g, h add t1, i, j sub f, t0, t1 observe, as variáveis devem ser mapeadas para registradores (devido ao formato da instrução) 20

21 então Programa em C f = ( g + h ) ( i + j ); correspondente em MIPS add $t0,$s1,$s2 add $t1,$s3,$s4 sub $s0,$t0,$t1 sendo que: g foi mapeado para $s1 h foi mapeado para $s2 i foi mapeado para $s3 j foi mapeado para $s4 21

22 Seja A um vetor de 100 palavras. O compilador associou: variável g ao registrador $s1 h ao registrador $s2 colocou em $s3 o endereço base do vetor. Programa em C correspondente em MIPS g = h + A[8]; lw $t0, 8($s3) # registrador $t0 recebe A[8] add $s1, $s2, $t0 # a soma é efetuada 22

23 No MIPS, a memória é organizada em bytes, mas o endereçamento seja em palavras de 4 bytes Então, considerando que h seja mapeado ao reg $s2 endereço base de A esteja em $s3 Programa em C correspondente em MIPS A[12] = h + A[8] lw $t0,32($s3) # $t0 recebe A[8] add $t0,$s2,$t0 # $t0 recebe h + A[8] sw $t0,48($s3) # armazena o resultado em A[12] soma 32 ao endereço inicial de A, pois o programador quer acessar o 8 o elemento, e cada elemento ocupa 4 bytes, então se deve deslocar 32 bytes 23

24 Já havíamos visto: beq registrador1, registrador2, L1 se o valor do registrador1 for igual ao do registrador2, a próxima instrução a ser executada será aquela armazenada indicada pelo label ou rótulo L1 Vamos acrescentar mais um tipo de instrução de desvio bne registrador1, registrador2, L1 se o valor no registrador1 não for igual ao valor no registrador2 o programa será desviado para o label L1 24

25 Programa em C correspondente em MIPS if ( i == j ) f = f i; f = g + h; beq $s3,$s4, L1 # vá para L1 se i = j add $s0,$s1,$s2 # f = g + h, executado se i!= j L1: sub $s0,$s0,$s3 # f = f i, executado se i = j L1 é um rótulo utilizado com auxilio na linguagem de montagem, para que possa ser traduzido para o endereço de memória da instrução de desvio. 25

26 Programa em C correspondente em MIPS if ( i == j) then f = g + h; else f = g h;. bne $s3,$s4, Else # vá para Else se i!= j add $s0,$s1,$s2 # bloco do then j Exit Else: sub $s0,$s1,$s2 # bloco do else Exit:. # vá para Exit, incondicional 26

27 Na repetição abaixo, o bloco é executado pelo menos uma vez e depois a condição é testada enquanto for verdadeira, o bloco é executado valores iniciais de i e j e o vetor A foram dados o endereço base de A está em $s5 Programa em C correspondente em MIPS Do{ g = g + A[i]; i = i + j; }while ( i!= h ).. Loop: add $t1,$s3,$s3 # $t1 = 2 * i o deslocamento add $t1,$t1,$t1 # $t1 = 4 * i add $t1,$t1,$s5 # $t1 recebe endereço de A[i] lw $t0,0($t1) # $t0 recebe A[i] add $s1,$s1,$t0 # g = g + A[i] add $s3,$s3,$s4 # i = i + j bne $s3,$s2,loop # se i!= h vá para Loop.. 27

28 Exemplo com o while: a condiçao é testada inicialmente e só se verdade, o bloco será executado valores iniciais de i e j e o vetor A foram dados o endereço base de A está em $s5 Programa em C correspondente em MIPS while (save[i] == k) i = i + j;. Loop: add $t1,$s3,$s3 add $t1,$t1,$t1 add $t1,$t1,$s6 lw $t0,0($t1) bne $t0,$s5,exit add $s3,$s3,$s4 j Loop Exit:. 28 # $t1 = 2 * i # $t1 = 4 * i # $t1 = endereço de save[i] # $t0 recebe save[i] # va para Exit se save[i]!= k # i = i + j

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