CPU. CPU Unidade Central de Processamento. Função: leitura, escrita e processamento de dados

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1 CPU CPU Unidade Central de Processamento Função: leitura, escrita e processamento de dados Constituída por: dispositivos que gerem a entrada (leitura) e saída (escrita) de dados; registos (memórias auxiliares) que permitem guardar dados e resultados de operações; circuitos combinatórios que permitem efectuar operações lógicas e aritméticas (ALU - Unidade de Aritmética e Lógica); 1 Registos Registos - localizações de memória no interior do chip CPU identificadas por nomes (ao invés de endereços numéricos) O recurso a registos é vantajoso por duas razões: O acesso a dados guardados em registos internos é muito mais rápido do que o acesso a dados na memória, devido à sua proximidade; Existem menos registos internos que posições de memória são necessários menos bits para identificar os registos instruções com menos bits leitura e execução das instruções mais rápidas. 2

2 Registos Registos para Funções Genéricas 31 EAX EBX ECX EDX ESI EDI EBP ESP Registos de Estado e Controlo 31 EFLAGS 31 EIP 3 Registos Registos para Funções Genéricas AH AL BH BL CH CL DH DL SI DI BP SP 16-bit AX BX CX DX 32-bit EAX EBX ECX EDX ESI EDI EBP ESP Registos de Estado e Controlo O 1 D 9 I 8 T 7 S 6 Z 5 4 A 3 2 P 1 C EFLAGS 31 EIP 4

3 Registos de Segmentos (guardam os endereços base dos segmentos relativos aos programas) CS ( Code Segment ) contém o endereço do Segmento de Código da instrução que está a ser executada (poderão existir vários segmentos de código); DS ( Data Segment ) contém o endereço do Segmento de Dados das variáveis ou outros dados que estão a ser utilizados (poderão existir vários segmentos de dados); 5 Registos de Segmentos SS ( Stack Segment ) contém o endereço do Segmento Pilha que está a ser utilizado para guardar temporariamente dados e endereços; ES ( Extra Segment ) contém o endereço de um segmento extra da memória; FS e GS ( Extra Segment ) contêm endereços de segmentos adicionais sem funções especiais (existem desde os CPU 386). 6

4 Registos para Funções Genéricas (registos capazes de desempenhar diversas funções, alguns dos quais apresentam, contudo, um conjunto de tarefas específicas dos mesmos) AX ( Accumulated Extended ) conhecido como acumulador principal, utilizado para operações que envolvem entrada/saída de dados e para a maioria das operações aritméticas; BX ( Base Extended ) conhecido como registo de base, uma vez que é o único registo genérico que pode ser usado como um indicador para endereçamento indexado (pode ser combinado com o DI ou SI); 7 Registos para Funções Genéricas CX ( Count Extended ) conhecido como registo contador, uma vez que pode conter o valor de controlo do número de vezes que uma subrotina é repetida ou o valor do deslocamento lógico; DX ( Data Extended ) conhecido como o registo de dados, utilizado em operações de entrada/saída de dados e operações aritméticas que envolvem valores elevados que pressupõem a utilização de DX e AX juntos. 8

5 Registos de Índex (disponíveis para endereçamento indexado e para algumas operações de adição e subtracção) SI ( Source Index ) registo de índex da origem, necessário para operações de manipulação de cadeias de caracteres; DI ( Destination Index ) registo de índex do destino, também necessário para operações de manipulação de cadeias de caracteres. 9 Registos Apontadores (guardam os endereços efectivos de parâmetros ou instruções) IP ( Instruction Pointer ) contém o endereço efectivo que, associado com o endereço base do Segmento de Código (contido no registo CS), dá o endereço físico da próxima instrução a ser executada; - constitui o único registo que não pode ser lido ou escrito directamente; - cada vez que é executada uma instrução, o valor do IP é incrementado de um nº de bits que depende do tamanho da instrução a ser executada (normalmente de 1 a 6 bits), por forma a apontar para a instrução seguinte (com a excepção das instruções de interrupção ou de salto); 1

6 Registos Apontadores SP ( Stack Pointer ) contém o endereço efectivo que, associado com o endereço base do Segmento Pilha (contido no registo SS), dá o endereço físico da palavra que está sendo processada no Segmento Pilha; BP ( Base Pointer ) facilita o recurso a parâmetros (dados ou endereços) que o programa utiliza via o Segmento Pilha. 11 Registo de Flags Registo que permite, nos programas, a execução de: - testes para determinar de várias acções, a que deve ser tomada; - sub-rotinas nas quais uma série de passos repete-se até um determinado requerimento ser atingido. A maioria dos bits deste Registo são registos de bit unitário chamados de Flags. Um teste na linguagem Assembly baseia-se em duas opções: a Flag toma o valor 1 ou (se toma o valor 1 o programa segue um rumo, se toma o valor o programa segue outro rumo) 12

7 Registo de Flags Posição Registos de bit unitário O D I T S Z A P C OF ( Overflow Flag ) toma o valor 1 quando ocorre transbordo, ou seja, quando numa operação aritmética entre números com sinais, o resultado torna-se grande demais para o operando que ocupa; DF ( Direction Flag ) indica ao CPU a direcção dos deslocamentos em operações de manipulação de cadeias de caracteres (quando toma o valor 1 a cadeia de caracteres desloca-se da direita para a esquerda); 13 Registo de Flags IF ( Interrupt Enable Flag ) quando toma o valor 1, devido a certas condições do CPU ou instruções do programador, permite a ocorrência de interrupções quando solicitadas; TF ( Trap Flag ) quando toma o valor 1 permite que o comando Trace do Debug exerça a sua função, de forçar o CPU a executar apenas 1 instrução antes de solicitar uma rotina de interrupção (de modo a permitir detectar falhas); SF ( Sign Flag ) toma o valor 1 quando o resultado de uma operação aritmética é negativo (o dígito mais significativo é 1); 14

8 Registo de Flags ZF ( Zero Flag ) toma o valor 1 quando o resultado de uma operação lógica ou aritmética toma o valor (note-se que CMP SUB, só que não guarda o resultado); AF ( Auxiliary Carry Flag ) utilizada apenas para cálculos aritméticos em código BCD, que toma cada operando (byte) como um par de nibbles (conjuntos de 4 bits); PF ( Parity Flag ) indica se o número de bits 1 de uma sequência de bits no byte de ordem inferior resulta num valor par ou ímpar, de modo a detectar erros de comunicação; 15 Registo de Flags CF ( Carry Flag ) toma o valor 1 se for gerado transporte no resultado de uma operação aritmética ou de deslocamento lógico (Flag mais utilizada). 16

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