Infra-Estrutura de Hardware

Transcrição

1 Infra-Estrutura de Hardware Prof. Wilton O. Ferreira Universidade Federal Rural de Pernambuco UFRPE 1 Semestre/2012 Conjunto de Instruções

2 Conteúdo Operações do Hardware do Computador Representando Instruções no Computador Operações Lógicas Instruções para Tomada de Decisões Suporte a Procedimento no Hardware do Computador

3 Introdução Para controlar o hardware de um computador, é preciso falar sua língua. As palavras da linguagem de um computador são chamadas instruções, e seu vocabulário é denominado Conjunto de Instruções. No contexto de Hardware as instruções podem ser representadas utilizando dois padrões que são: top-down bottom-up

4 Introdução As linguagens de computadores são semelhantes aos dialeto humano, logo quando aprende uma linguagem fica fácil entender as outras. Os computadores são construído seguindo um mesmo princípio por isso torna possível facilitar a criação de novas linguagens Os Engenheiros de Sistemas quando definem uma linguagem não o faz pela sua facilidade e ou recursos mais por um conjunto de fatores que vão alem destas informações. Fatores como a facilidade de manipulação de recursos de hardware pode ser um elemento para tais escolhas.

5 Introdução Através de métodos lógicos formais é possível ver a existência de conjunto de instruções que são adequados para controlar e causar a execução de qualquer sequencia de operação. A simplicidade do equipamento é uma consideração tão valiosa para os computadores da década iniciadas no ano 2000 quanto foi para os da década de Vale resaltar que para melhor entender os hardware de hoje precisamos passar um pouco pela história e evolução destas tecnologias.

6 Introdução Neste tema abordaremos linguagens de alto e baixo nível. Teremos como conjuntos de instruções escolhidas o MIPS que fora criado desde a década de Iremos destrinchar o conjunto de instrução MIPS bem como analisar em passo a passo o padrão de execução top-down.

7 Operações do Hardware do Computador Todo computador precisa ser capaz de realizar aritmética. A Notação em assembly do MIPS add a, b, c Instrui um computador para somar as duas variáveis de b e c para colocar o valor na variável a. Essa notação é rígida no sentido de que cada instrução aritmética do MIPS realiza apenas uma operação e sempre precisa de três variáveis.

8 Operações do Hardware do Computador Supondo que queiramos colocar a soma de três variáveis em uma quarta variável. A sequencia de instruções a seguir soma as quatro variáveis: add a, b, c #A soma b + c é colocada em a add a, a, d #A soma b + c + d agora está em a. add a, a, a #A soma b + c + d + e agora está em a. Assim, são necessárias três instruções para realizar a soma de quatro variáveis. As apavras à direita do símbolo # em cada uma dessas linhas são comentários para o leitor humano, e o computador as ignora

9 Operações do Hardware do Computador Diferente de outras linguagem de programação o conjunto de instrução MIPS contem apenas uma instrução por linha. Outras diferenças em relação a linguagem como C por exemplo é que os comentários acaba sempre no final de uma linha. O número natural de operando para uma operação como a adição é três: os dois números sendo somados e um local para colocar o resultado da soma. Exigir que cada instrução tenha exatamente três operações, nem mais nem menos, está de acordo com a filosofia de manter o hardware simples: hardware para um numero variável de operando é mais complexo do que hardware para um número fixo de operando.

10 Operações do Hardware do Computador A situação discutida anteriormente ilustra o primeiro dos quatros princípios básicos de projeto de hardware: Principio de Projeto 1: simplicidade favorece a regularidade A seguir serão mostrados os relacionamentos dos programas escritos em linguagens de programação de mais alto nível com os programas nessa notação mais primitiva.

11 Pergunta Operações do Hardware do Computador COMPILANDO DUAS INSTRUÇÕES DE ATRIBUIÇÃO C NO MIPS Este segmento de um programa em C contém as cinco variáveis a, b, c, d, e. Como o java evoluiu a partir da linguagem C, este exemplo e os próximos funcionam para qualquer uma dessas linguagens de programação de alto nível: a = b + c; d = a e; A tradução de C para as instruções em linguagem assembly do MIPS é realizada pelo compilador. Mostre o código do MIPS produzido por um compilador. Resposta Uma instrução MIPS opera com dois operandos de origem e coloca o resultado em um operando de destino. Logo, as duas instruções simples anteriores são compiladas diretamente nessas duas instruções em assembly do MIPS: add a, b, c sub d, a, e

12 Operações do Hardware do Computador COMPILANDO UMA ATRIBUIÇÃO C COMPLEXA NO MIPS Uma instrução um tanto complexa contém as cinco variáveis f, g, h, i e j: f = (g + h) (i + j); O que um compilador C poderia produzir? O compilador precisa desmembrar essa instrução em várias instruções assembly, pois comente uma operação é realizada por instrução MIPS. A primeira instrução MIPS calcula a soma de g e h. temos de colocar o resultado em algum lugar, de modo que o compilador crie uma variável temporária, chamada t0: add t0, g, h # variável temporária t0 contém g + h Embora a próxima operação seja subtrair, precisamos calcular a soma de i e j antes de podermos subtrair. Assim, a segunda intrução coloca a soma de i e j em outra variável temporária criada pelo compilador, chamada t1: add t1, i, j # variável temporária t1 contém i + j Finalmente, a instrução de subtração subtrai a segunda soma da primeira e coloca a diferença na variável f, completando o código compilado: sub f, t0, t1 # f recebe t0 t1, que é (g +h) (i + j)