COMPUTADOR. Adão de Melo Neto

Transcrição

1 COMPUTADOR Adão de Melo Neto 1

2 PROGRAMA É um conjunto de instruções LINGUAGEM BINÁRIA INTRODUÇÃO Os caracteres inteligíveis são apenas zero(0) e um (1). É uma linguagem de comunicação dos computadores. É denominada linguagem de máquina É de difícil manipulação EVOLUÇÃO DOS COMPUTADORES (segundo elementos de sua organização) válvulas, transistores, circuito integrado, pastilhas (chips) de alta e muito alta integração. 2

3 Modelo de Von Newman I - INTRODUZIU O CONCEITO DE MEMÓRIA: Memória é um dispositivo de armazenamento temporário onde (a) programas (e dados) podem ser carregados a partir de uma unidade de entrada, (b) para serem executados pela unidade lógica e aritmética, (c) com os resultados sendo transferidos da unidade de saída, (d) tudo isso sob a coordenação de uma unidade de controle. Von Newman garantiu a flexibilidade de um sistema computacional, pois um computador pode ter tem seu funcionamento alterado de acordo com programa e dado carregado.) 3

4 Modelo de Von Newman II - Propôs a NUMERAÇÃO BINÁRIA Economiza tempo nas operações Garante a simplicidade dos circuitos III - Propôs o conceito RELÓGIO DO COMPUTADOR Dispositivo que produz um sinal periódico para cadenciar todas as operações do computador. 4

5 Modelo Barramento de Sistema É uma evolução do Modelo de Von Newman Processador (UCP) unidade de controle + unidade lógica aritmética + registradores Memória; Barramento barramento de dados, barramento de endereço e barramento de controle 5

6 Modelo Barramento de Sistema Barramento de Endereços Transporta os sinais de endereço até a memória. Determinam qual a posição de memória que irá ser lida ou escrita. Observação: A informação dessa posição de memória, que está sendo lida ou escrita transita pelo barramento de dados, que é bidirecional. bidirecional unidirecional 6

7 Modelo Barramento de Sistema Barramento de Controle Indica qual a operação que vai ser realizada: leitura ou escrita, na maior parte dos casos Possui também sinais para A arbitragem do barramento a ser utilizado e Para determinar quem vai utilizar o barramento naquele momento, que pode ser tanto a UCP como a unidade de entrada/saída. 7

8 Modelo Barramento de Sistema

9 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO São funções da UCP, executar as instruções e controlar as operações no computador. Um programa, para ser executado pelo processador, deve ser constituído de uma série de instruções de máquina armazenadas em células sucessivas da MP. 9

10 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO O ciclo de instrução da CPU consiste em: IR = A4 SOMA PC = 2 ENDEREÇOS 2,3,4 e 5 3A25 e 172C 10

11 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO Este ciclo de instrução se repete indefinidamente até que o sistema seja desligado, ou ocorra algum tipo de erro, ou seja, encontrada uma instrução de parada. 11

12 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO As atividades ( ou funções) realizadas pela UCP são divididas em duas grandes categorias : processamento e controle.. 12

13 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP) ou PROCESSADOR FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO 13

14 FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP 14

15 FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP O dispositivo principal desta atividade é chamado ULA(Unidade Lógica e Aritmética). Os demais componentes são os registradores, que servem para armazenar dados (ou para guardar resultados) a ser usados pela ULA. A interligação entre estes componentes é efetuada pelo barramento interno da CPU. A ULA é o dispositivo que realmente executa as operações lógicas ou aritméticas sobre os dados. Tais operações podem ser: SOMA, SUBRAÇÃO,MULTIPLICAÇÃO, DIVISÃO DESLOCAMENTO AND, OR, NOT NEGAÇÃO COMPARAÇÃO, etc. 15

16 FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP ULA (UNIDADE LÓGICA ARITMÉTICA) A ULA é um aglomerado de circuitos. Possui duas entradas para operandos das operações. Por exemplo SOMA (3A C), onde a operação é SOMA (representado pelo código A4) e os operandos são 3A25 e 3A25. 16

17 FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP Relembrando... alguns circuitos que implementam uma ULA. COMPARADOR 17

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19 FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP Porque existem os REGISTRADORES? Por que um dado deve permanecer mesmo que por um breve instante, armazenado em um registrador (a memória da UCP ): (1) Para que o dado seja transferido para a ULA (2) E também para que o resultado de uma operação realizada na ULA possa ser reutilizado mais adiante (por outra instrução) ou ser, em seguida, transferido para a memória. Há sistemas nos quais o registrador acumulador (ACC), além de armazenar dados, serve de elemento de ligação da ULA com os restantes dispositivos da CPU. 19

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21 FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP Outros REGISTRADORES? A CPU possui sempre outros registradores com funções específicas ou que executam função de controle. Registrador de Instrução (RI) contador de instrução (CI) registrador de Endereço de Memória (REM) Registrador de Dados de Memória (RDM). 21

22 FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP INFLUÊNCIA DO TAMANHO DA PALAVRA A capacidade de processamento de uma UCP(a velocidade com que realiza o ciclo de uma instrução) é determinada pelo tamanho de sua palavra. Vamos realizar a soma de dois valores, A = 3A25 e B = 172C (com 16 bits cada um). A referida soma será simulada em 2 sistemas de computação que possuem memória principal com células de 8 bits: O sistema 1 trabalha com palavras de 8 bit. O sistema 2 trabalha com palavras de 16 bits. 22

23 FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP INFLUÊNCIA DO TAMANHO DA PALAVRA A capacidade de processamento de uma UCP(a velocidade com que realiza o ciclo de uma instrução) é determinada pelo tamanho de sua palavra. Vamos realizar a soma de dois valores, A = 3A25 e B = 172C (com 16 bits cada um). A referida soma será simulada em 2 sistemas de computação que possuem memória principal com células de 8 bits: O sistema 1 trabalha com palavras de 8 bit. O sistema 2 trabalha com palavras de 16 bits. 23

24 Influência do Tamanho da Palavra (SISTEMA 01) 24

25 Influência do Tamanho da Palavra (SISTEMA 01) 25

26 Influência do Tamanho da Palavra (SISTEMA 02) 26

27 Influência do Tamanho da Palavra (SISTEMA 02)

28 UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP) ou PROCESSADOR FUNÇÃO DE CONTROLE 28

29 FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP Em Azul F

30 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP É a parte funcional da CPU que realiza as atividades de: 1) Busca de instrução a ser executada, armazenando-a no RI (registrador de instrução) 2) Interpretação das ações a serem desencadeadas com a instrução (realizada pelo decodificador) 3) Geração de sinais de controle para a execução da instrução. Esses sinais de controle são enviados aos diversos componentes do sistema, sejam internos da CPU (como a ULA) ou externos (como a memória ou E/S)

31 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP Os dispositivos que fazem parte desta área funcional são: 1) Unidade de controle (UC); 2) Decodificador; 3) Registrador de instrução (RI); 4) Contador de Instrução (CI); 5) Relógio (Clock) ou gerador de sinais; 6) Registradores de endereço de memória (REM) 7) Registrador de dados da memória (RDM). 31

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33 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP 33

34 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP 34

35 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP RELÓGIO: Um ciclo de relógio ou de máquina (gerado por um cristal de quartzo) é o intervalo de tempo entre o início de um pulso e o início do seguinte. Uma operação elementar (busca da instrução, por exemplo) realiza-se em diversos passos no ciclo de instrução (de uma instrução de SOMA por exemplo) e, por essa razão, costuma-se dividir o ciclo em subciclos defasados no tempo, de modo que cada um aciona um passo diferente da operação elementar. 35

36 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP UNIDADE DE CONTROLE: 1) Tem como função executar a instrução armazenada no RI através de sinais de controle que emite em instantes de tempo programados (subciclos). Esses sinais de controle são enviados aos diversos componentes do sistema, sejam internos da CPU (como a ULA) ou externos (como a memória ou E/S) 2) Os sinais de controle emitidos ocorrem em vários instantes durante o período de realização de um ciclo de instrução 3) que são cadenciados pelo gerador de sinais conhecido como relógio

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38 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP DECODIFICADOR DE INSTRUÇÃO 1) Dispositivo utilizado para identificar as operações a serem realizadas (operações que estão correlacionadas à instrução em execução) 2) acionando uma entrada específica da UC, 3) que por sua vez saberá que sinais devem ser emitidos. Cada instrução é uma ordem para que a CPU realize uma operação. É necessário que cada instrução possua uma identificação própria e única. A unidade de controle está, por sua vez, preparada para sinalizar adequadamente aos diversos dispositivos da CPU, conforme ela tenha identificado a instrução a ser executada

39 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP DECODIFICADOR DE INSTRUÇÃO LEMBRA???

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41 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP RDM e REM: São os registradores utilizados pela CPU e memória para comunicação e transferência de informação. RDM: possui um tamanho igual ao da palavra e do barramento de dados. REM: possui um tamanho igual ao dos endereços da memória (e barramento de endereços). 41

42 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP REGISTRADOR DE INSTRUÇÃO (RI): Armazena a instrução a ser executada pela UCP. (1) Ao se iniciar um ciclo de instrução, a (1) UC emite o sinal de controle que acarretará a realização de um ciclo de leitura para (2) buscar a instrução na memória (uma cópia dela), e que, (3) via barramento de dados e (4) RDM, será (5) armazenado no RI

43 FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP CONTADOR DE INSTRUÇÃO (CI): Armazenar o endereço da próxima instrução a ser executada. Tão logo a instrução que vai ser executada seja buscada (lida) da memória para a CPU (início do ciclo de instrução), o sistema providencia a modificação do conteúdo do CI de modo que ele passe a armazenar o endereço da próxima instrução na seqüência CI = 1 CI = 6 43

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