Arquitectura de Computadores Unidade de Processamento

Transcrição

1 Sistemas Digitais Complexos: + Unidade de Controlo (Datapath): Módulo responsável pela execução das operações de processamento de dados. Unidade de Controlo: Módulo responsável pelo controlo da sequência de operações a executar na Datapath para implementação de uma tarefa. 1

2 Datapath: Caracteriza-se pelo conjunto de registos e pelo conjunto de operações realizado sobre os dados armazenados nos registos. Operações Elementares sobre Registos: Shift (Deslocamento), Clear (Apagar), Load (Carregamento), Incrementar, Decrementar, Somar, Subtrair, etc. Microoperações (Aritméticas, Lógicas, Deslocamento): Operações elementares aplicadas sobre os dados em registos. Unidade de Controlo: Fornece os sinais que permitem sequenciar as microoperações de um modo definido, e.g., sequência do conjunto de operações para realizar uma multiplicação. 2

3 Datapath: Caracteriza-se pelo conjunto de registos (Unidade de Armazenamento) e pelo conjunto de operações (Unidade Funcional) realizado sobre os dados armazenados nesses registos. 3

4 Datapath (Exemplo) Unidade de Armazenamento Unidade Funcional ALU: Unidade Lógica e Aritmética Shifter: Unidade de Deslocamento (Exemplo de Operação) Entradas de Controlo (da U. de Controlo) Selecção de A Selecção de B Selecção de G Selecção de H Selecção de MB Selecção de MF Selecção de MD Selecção do Destino Carregamento do Resultado Operação relizada num 1 ciclo de relógio N. (Cálculo Horta, IST e Carregamento) - UTL Arquitectura de Computadores 4

5 Microprocessadores Exemplo de Operação: 5

6 Microprocessadores Unidade de Armazenamento: 6

7 Operações de Transferência entre Registos: (BUS) Multiplexers Dedicados BUS Único Multiplexers Dedicados: 9 portas lógicas (3x(2AND+1OR)), 6 linhas de entrada. BUS: 4 portas lógicas (1x(3AND+1OR)), 3 linhas de entrada. 7

8 Operações de Transferência entre Registos: (BUS Tri-State)? BUS Único BUS Three-State 8

9 Datapath (Exemplo) Unidade de Armazenamento Unidade Funcional ALU: Unidade Logica e Aritmética Shifter: Unidade de Deslocamento (Exemplo de Operação) Entradas de Controlo (da U. de Controlo) Selecção de A Selecção de B Selecção de G Selecção de MB Selecção de MF Selecção de MD Selecção do Destino Carregamento do Resultado Operação relizada num 1 ciclo de relógio (Cálculo e Carregamento) 9

10 Microprocessadores Exemplo de Operação: 10

11 Microprocessadores Unidade Funcional: Unidade Aritmética e Lógica (ALU) 11

12 ALU: Unidade Lógica e Aritmética 12

13 ALU: Circuito Aritmético (Exemplo) 13

14 ALU: Circuito Aritmético? X Y i C i 0 = = A i i B S = C in 0 + B S i 1 14

15 ALU: Circuito Aritmético (Exemplo) Soma Subtracção Incremento Decremento Transferência...? 15

16 ALU: Circuito Lógico (Exemplo) AND OR XOR NOT? 16

17 ALU: Circuitos Aritmético e Lógico (Exemplo) 17

18 Microprocessadores Unidade Funcional: Unidade de Deslocamento 18

19 Datapath: Representação Hierárquica Diagrama de Blocos: Unidade de Armazenamento Unidade Funcional 19

20 Datapath: Representação Hierárquica Diagrama de Blocos: Unidade de Armazenamento Unidade Funcional 20

21 Datapath: Palavra de Controlo Palavra de Controlo: Conjunto de bits correspondente às variáveis de controlo que permitem seleccionar as microoperações. AA Selecção do Registo A BA Selecção do Registo B DA Selecção do R. de Destino MB Selecção do Operando B FS Selecção da Função na U. Funcional MD Sel. dos Dados para R. de Destino RW - Carregamento 21

22 Datapath: Codificação da Palavra de Controlo Nota: o número de palavras de controlo, com significado no presente caso, não é 2^17=131072, mas apenas 61440, justifique! 22

23 Datapath: Palavra de Controlo (Exemplo de Microoperações - Codificação)? 23

24 Unidade de Processamento: Arquitectura de Computadores Microprocessadores Temporizações Fmax = 1/Tmin Fmax Frequência máxima de funcionamento. Tmin Período mínimo. Fmax = 1/(Tua+Tuf+Tlc) Tua Restrição temporal imposta pela UA Tuf Restrição temporal imposta pela UF Tlc Restrição temporal impostas pela lógica combinatória adicional 24

25 UP: Unidade de Armazenamento Arquitectura de Computadores Microprocessadores Temporizações Tua Restrição temporal imposta pela UA Tempo de Setup dos registos. Tempo de propagação dos registos. Tempo de propagação dos MUXs. O tempo do decoder não entra para o pior caso. 25

26 UP: Unidade Funcional (1) Unidade Aritmética Arquitectura de Computadores Microprocessadores Temporizações Tuf Restrição temporal imposta pela UF Neste caso há que considerar a situação mais desfavorável para a propagação do sinal ao nivel dos vários circuitos combinatórios: Unidade Aritmética, Unidade Lógica e Unidade de Deslocamento. Na Unidade Aritmética há que ter em conta a propagação do Carry ao longo do somador. 26

27 UP: Unidade Funcional (2) Unidade Lógica Arquitectura de Computadores Microprocessadores Temporizações 27