ENDEREÇAMENTO DE INSTRUÇÕES. Adão de Melo Neto

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Joaquim Carreiro Raminhos
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1 ENDEREÇAMENTO DE INSTRUÇÕES Adão de Melo Neto 1

2 TIPOS DE OPERAÇÕES 2

3 TIPOS DE OPERAÇÕES TIPOS DE INSTRUÇÕES/OPERAÇÕES (RELEMBRANDO) 3

4 INTRODUÇÃO TIPOS DE INSTRUÇÕES/OPERAÇÕES (RELEMBRANDO) 4

5 INTRODUÇÃO Os endereços do operando de uma instrução são relativamente pequenos. Para possibilitar a referência a uma grande quantidade de posições de memória, várias técnicas de endereçamento tem sido empregadas. 5

6 INTRODUÇÃO Quase todas as arquiteturas de computadores fornecem mais de um modo de endereçamento. Um campo da instrução pode determinar o modo de endereçamento a ser utilizado. 6

7 ENDEREÇAMENTO IMEDIATO Não requer acesso à memória para obter o operando. O tamanho do operando é limitado pelo tamanho do campo de endereço. 7

8 ENDEREÇAMENTO IMEDIATO 8

9 ENDEREÇAMENTO DIRETO Usado nas primeiras gerações de computadores e encontrado em diversos computadores de pequeno porte. Simples (requer apenas um acesso à memória). Oferece um espaço de endereçamento limitado (pelo tamanho do campo de endereço da instrução ) o que limita a faixa de endereços que pode ser acessado na memória. Operando = (A) 9

10 ENDEREÇAMENTO DIRETO (4) 10

11 ENDEREÇAMENTO DE REGISTRADOR Semelhante ao endereçamento direto O campo de endereço (3 a 4 bits) refere-se a um registrador e não a um endereço da memória principal, possibilitando referencial de 9 a 16 registradores de propósito geral Operando = (R) 11

12 ENDEREÇAMENTO DE REGISTRADOR 12

13 ENDEREÇAMENTO INDIRETO VIA REGISTRADOR Operando = ((R)) 13

14 ENDEREÇAMENTO INDIRETO VIA REGISTRADOR 14

15 ENDEREÇAMENTO INDIRETO Especifica no campo de endereço, o endereço de uma palavra de memória (que é maior que o tamanho do endereço da instrução), que contém o endereço de um operando. Operando = ((A)) 15

16 ENDEREÇAMENTO INDIRETO 16

17 ENDEREÇAMENTO À PILHA Operando = (topo da pilha) 17

18 ENDEREÇAMENTO À PILHA 18

19 ENDEREÇAMENTO POR DESLOCAMENTO Requer que a instrução possua dois campos de endereços, um dos quais é explícito. 19

20 PIPELINE DE INSTRUÇÕES Adão de Melo Neto 20

21 TÓPICOS Estratégia pipeline Desempenho pipeline 21

22 Estratégia pipeline A melhoria do desempenho de sistemas computacionais pode ser conseguido através de diversas maneiras: Tecnologia mais avançada (conjunto de circuitos mais rápidos) Melhor organização da CPU (múltiplos registradores e memória cache) PIPELINE de INSTRUÇÕES 22

23 Estratégia pipeline Estratégia semelhante a linha de montagem de uma Industria. Um produto passa por vários estágios da produção. Produtos em vários estágios do processo de produção podem ser trabalhados simultaneamente. Novas entradas são aceitas em uma extremidade antes que entradas aceitas previamente apareçam na saída 23

24 Estratégia pipeline De fato uma instrução possui vários estágios. A figura abaixo divide o ciclo de execução de uma instrução em vários estágios que ocorrem em sequência. 24

25 Estratégia pipeline De fato uma instrução possui vários estágios. A figura abaixo divide o ciclo de execução de uma instrução em vários estágios que ocorrem em sequência. 25

26 Estratégia pipeline Suponha que o processamento de uma instrução é dividida em dois estágios apenas por simplicidade: busca e execução de uma instrução. Existem momentos durante a execução de uma instrução em que a memória principal não está sendo utilizada. Este instante pode ser usado para buscar a próxima instrução, em paralelo com a execução da instrução corrente. O pipeline neste caso tem dois estágios independentes. O primeiro estágio (busca) busca uma instrução e armazena em uma área de armazenamento temporário (um registrador). Quando o segundo estágio (execução) está livre, o primeiro passa para ele a instrução armazenada. Enquanto o segundo está executando essa instrução, o primeiro tira proveito dos ciclos de memória que não são usados para buscar e armazenar a próxima instrução. Isso acelera a execução das instruções. 26

27 Estratégia pipeline 27

28 Estratégia pipeline Se os estágios de busca e execução de instrução tivessem a mesma duração, o número de instruções executadas por unidade de tempo seria dobrada. No entanto, na prática, essa taxa é pouco provável. Porque? 1) O tempo de execução é maior do que o de busca. A execução envolve leitura, armazenamento de operandos e execução de algumas operações. O estágio de busca tem que esperar algum tempo. 2) A ocorrência de instruções de desvio condicional faz com que o endereço da próxima instrução a ser executada seja desconhecida. 28

29 Estratégia pipeline Em razão da ocorrência de instruções de desvio, o tempo perdido pode ser reduzido através de uma estratégia de adivinhação. Estratégia de adivinhação, uma regra simples: Quando o instrução de desvio condicional é passada do estágio de busca para o estágio de execução, o estágio de busca obtém na memória a instrução imediatamente seguinte a instrução de desvio. Então se não ocorrer o desvio, nenhum tempo é perdido. Caso contrário, a instrução buscada deve ser descartada, sendo buscada uma nova instrução. Mesmo com os dois fatores citados anteriormente, algum ganho de desempenho é obtido. 29

30 Estratégia pipeline Para aumentar o desempenho o pipeline deve ter maior número de estágios. Considere a seguinte decomposição do processamento de uma instrução em 06 estágios. Com essa decomposição, os vários estágios tem duração aproximadamente igual. 30

31 31

32 Estratégia pipeline A figura abaixo mostra que com uma pipeline de 06 estágios reduz o tempo de execução de 09 instruções de 54 (quando realizadas sequencialmente) para 14 unidades de tempo. 32

33 Estratégia pipeline Algumas considerações em relação ao diagrama anterior Cada instrução passa pelos seis estágios do pipeline O diagrama supões que todos os estágios possam ser executados em paralelo. Supõe que não exista conflito de acesso à memória principal (instruções BI, BO e EO envolvem acesso à memória). Supõe que a memória possa ser utilizada simultaneamente por estes estágios, o que não é possível na maioria dos sistemas de memória. Entretanto o valor pode estar na memória cache, ou estes estágios não podem ser executados. 33

34 Estratégia pipeline Fatores que limitam o desempenho 1) Se os estágios não possuem igual duração existe uma certa espera envolvida. 2) A instrução de desvio condicional pode invalidar diversas buscas de instrução. 3) Ocorrência de interrupção. 34

35 Estratégia pipeline Efeito de um desvio condicional Suponha que a instrução 03 seja uma instrução de desvio condicional para a instrução 15. Até que a execução dessa instrução seja feita não dá para saber qual instrução virá na sequência. O pipeline então carrega a instrução da sequência e (instrução 04 ) prossegue a execução. O desvio é tomado, mas isso só é determinado apenas no final da unidade de tempo 7. Neste ponto são retiradas do pipeline as instruções inúteis. Na unidade de tempo, a instrução 15 entra no pipeline. 35

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37 SPEEDUP para a execução com pipeline de instrução K: número de estágios da pipeline de instrução N: número de instruções sendo processadas

38 Desempenho do pipeline Aumento da velocidade em função do número de instruções executadas sem que ocorra desvio. A figura mostra o aumento da velocidade em função do número estágios da pipeline. 38

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