Conceitos Básicos Processador

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1 Infra-Estrutura de Hardware Conceitos Básicos Processador Prof. Edilberto Silva Sumário Conceitos básicos Organização da CPU Execução das Instruções RISC x CISC Paralelismo - Instruções (Pipeline) Paralelismo - Processador

2 Introdução O processador é responsável pela realização das operações de processamento (os cálculos matemáticos etc.) e de controle, durante a execução de um programa. Buscar Inst. Interpretar Executar Operação Células sucessivas na MP Barramento Organização Caminho de Dados Registrador-memória Registrador-registrador

3 Execução de Instruções (ciclo) 1) buscar uma instrução na memória (operação de leitura) IR 2) Atualiza PC 3) interpretar que operação a instrução está explicitando (soma, multiplicação, I/O) 4) Determina o endereço da palavra armazenada 5) Busca e armazenamento (registrador) da palavra 6) Execução e retorno para próxima instrução Início Buscar a próxima instrução Interpretar a instrução (decodificar) Executar a instrução Término Funções da UCP Processamento Processamento (tarefas comuns) operações aritméticas (somar, subtrair, multiplicar, dividir); operações lógicas (and, or, xor, etc); movimentação de dados (memória - UCP, UCP - memória, registrador - registrador etc); desvios (alteração de seqüência de execução de instruções); operações de entrada ou saída. Dispositivos Unidade Aritmética e Lógica (UAL); Acumulador (ACC); Registradores.

4 Funções da UCP Controle Controle (tarefas comuns) atividades de busca interpretação e controle da execução das instruções controle da ação de componentes (memória, entrada/saída). Dispositivos unidade de controle (UC); Decodificador; Registrador de Instrução (RI) Contador de Instrução (CI) ou PC Program Counter ; relógio ou "clock"; registradores de endereço de memória (REM) e de dados da memória (RDM). Relógio UAL UCP - Esquema simplificado U C U C P ACC Registradores IR CI(PC) Decodificador de instruções RDM REM Barramento de controle Barramento de dados Barramento de endereços M P Dados/ Endereço Controle

5 Unidade Aritmética e Lógica UAL Dispositivo da UCP que executa realmente as operações matemáticas com os dados. soma, multiplicação, subtração e divisão; Op. lógica AND, OR e XOR; deslocamentos à direita e à esquerda; incremento e decremento; op complemento. Registradores Dado ou Resultado - armazenados em um registrador (memória da UCP) Reutilização ou transferência para MP Dado/Resultado UAL ACC - ligação da UAL com os outros dispositivos da UCP

6 A influência do tamanho da palavra Capacidade de processamento (ciclo de instrução) Determina o tamanho dos elementos ligados à área de processamento, entre estes, a UAL. Acarreta diferenças fundamentais de desempenho da UCP A influência do tamanho da palavra - Exemplo Sejam os valores A = 3A25 e B = 172C Inteiros, sem sinal e com 16 bits de tamanho cada Sistema 1 (Intel 8080/8085) palavra 8 bits; MP 64K com células de 8 bits cada uma C (1º) 3A + 17 (2º) UAL 8 bits 8 bits 8 bits ACC UCP MP 3A C Sistema 2 (Intel 8086) palavra de 16 bits; MP 1M células com células de 8 bits cada uma 3A C (1º) UAL 16 bits 16 bits 16 bits ACC UCP MP 3A C

7 Funções de Controle Unidade de Controle (UC) É o dispositivo mais complexo da UCP. Movimentação de dados e instruções de/e para a UCP Controla a ação da UAL. Relógio Gerador de pulsos (ciclo) Define freqüência (velocidade da UCP) Funções de Controle Registrador de Instrução RI armazenar a instrução a ser executada pela UCP emite o sinal de controle que acarretará a realização de um ciclo de leitura Program Counter armazenar o endereço da próxima instrução a ser executada.

8 Funções de Controle Decodificador de Instrução Identificar as operações a serem realizadas, que estão correlacionadas à instrução em execução RDM Registrador de Dados da Memória REM Registrador de Endereço da Memória Comunicação e transferências de informações entre a UCP e a MP CISC x RISC CISC - Complex Instruction Set Computer Compatibilidade com máquinas + antigas Incorporação da tecnologia RISC (núcleo) RISC - Reduced Complex Instruction Set Computer Conjunto menor de instruções Execução otimizada de chamada de funções Menor quantidade de modos de endereçamento Alta produtividade de pipelining

9 Paralelismo no Nível de Instrução Pipeline Consiste em dividir o ciclo de instrução em estágios independentes que podem se superpor uns aos outros no tempo. T a r e f a s s e q Paralelismo no Nível de Instrução (Pipeline( Pipeline) A B C D Tempo Lavanderia sequencial leva 6 horas para terminar Se eles conhecessem computação, quanto tempo levaria? A B C D 4 pessoas Lavar 30 Secar 40 Dobrar 20

10 T a r e f a s s e q Lavanderia com Pipeline A B C D Tempo Lavanderia com pipelining leva 3.5 horas!!! Pipelining não melhora a latência de uma única tarefa, mas melhora o throughput do trabalho todo Taxa de inserção de tarefas é limitada pela tarefa mais lenta Existem múltiplas tarefas sendo executadas em um dado instante Paralelismo no Nível de Processador Computadores Matriciais Processador Matricial - Vários processadores iguais / mesma sequência Processador Vetorial Vários processadores e Uma única UAL Multiprocessadores Multicomputadores

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