Arquitectura de Computadores

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1 Arquitectura de Computadores Estrutura Itera de um Processador (Cap. 8 e 12.1) José Moteiro Liceciatura em Egeharia Iformática e de Computadores Departameto de Egeharia Iformática (DEI) Istituto Superior Técico 18 de Março, 2013 José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

2 Sumário da Aula estrutura itera de um processador uidade de processameto uidade de cotrolo estrutura da uidade de processameto baco de registos uidade lógica é aritmética uidade de processameto do P3 José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

3 Estrutura Itera de um Processador Uidade de processameto Uidade de cotrolo Palavra de cotrolo Bits de estado Baco de registos ULA PC IR Barrameto de edereços Barrameto de dados José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

4 Coceitos Micro-operação: operação elemetar realizada um ciclo de relógio pela Uidade de Processameto. José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

5 Coceitos Micro-operação: operação elemetar realizada um ciclo de relógio pela Uidade de Processameto. Palavra de Cotrolo: cojuto de bits gerados a cada ciclo de relógio pela Uidade de Cotrolo que determiam as micro-operações a realizar a Uidade de Processameto. José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

6 Coceitos Micro-operação: operação elemetar realizada um ciclo de relógio pela Uidade de Processameto. Palavra de Cotrolo: cojuto de bits gerados a cada ciclo de relógio pela Uidade de Cotrolo que determiam as micro-operações a realizar a Uidade de Processameto. Bits de Estado (Flags): iformação sobre o resultado da micro-operação realizada pela Uidade de Processameto. José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

7 Baco de Registos 3 Escrita SelD D Baco de 8 registos SelA SelB 3 3 A B José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

8 Baco de Registos SelD 3 E Escrita Descodificador Ld R7 D Ld Ld Ld Ld Ld Ld Ld R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 3 Escrita SelD D Baco de 8 registos SelA SelB 3 3 A B CLK SelA Sel MUX Sel 3 MUX SelB 3 A B José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

9 Estrutura Itera de um Processador Uidade de processameto Uidade de cotrolo Palavra de cotrolo Bits de estado Baco de registos ULA PC IR Barrameto de edereços Barrameto de dados José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

10 Estrutura Itera da Uidade Lógica e Aritmética do P3 A B Palavra de cotrolo Uidade aritmética Uidade lógica p q r SelMUX 2 Uidade de deslocameto Resultado José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

11 Uidade Aritmética A B SelB 2 3 G Y 2 Cout Cout + Ci Ci SelC C R G 2 G 1 G 0 Y i C i Microoperação 000 B i 0 R A + B soma 001 B i 1 R A B subtracção 010 B i C R A + B + C soma com bit de trasporte 011 B i C R A B C subtracção com trasporte egado R A 1 decremeto R A + 1 icremeto C R A C decremeto, se C = C R A + C icremeto, se C = 1 José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

12 Estrutura Itera da Uidade Lógica e Aritmética A B Palavra de cotrolo Uidade aritmética Uidade lógica p q r SelMUX 2 Uidade de deslocameto Resultado José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

13 Uidade Lógica A B i i 0 1 MUX 2 3 S S 0 1 H 0 H 1 R i H 1 H 0 Microoperação 00 R A complemeto 01 R A B cojução 10 R A B disjução 11 R A B disjução exclusiva José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

14 Estrutura Itera da Uidade Lógica e Aritmética A B Palavra de cotrolo Uidade aritmética Uidade lógica p q r SelMUX 2 Uidade de deslocameto Resultado José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

15 Operações de Deslocameto Deslocameto simples: SHL SHR C 0 0 C Deslocameto aritmético: SHLA SHRA C 0 C Rotação: ROL ROR C C Rotação com trasporte: ROLC RORC C C José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

16 Uidade de Deslocameto J 2 J 1 J 0 Microoperação 000 R shr A deslocameto lógico à direita 001 R shl A deslocameto lógico à esquerda 010 R shra A deslocameto aritmético à direita 011 R shla A deslocameto aritmético à esquerda 100 R ror A rotação à direita 101 R rol A rotação à esquerda 110 R rorc A rotação à direita com trasporte 111 R rolc A rotação à esquerda com trasporte José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

17 Uidade de Deslocameto A A -2 A 0 A -1 A -3 A -1 A 0 A 2 A -1 A 1 Ci 0 Ci 0 0 S S S 0 MUX S 0 MUX A -1 A 0 J 2 J 1 J 0 Sel MUX Sel 1 MUX Sel 1 MUX Sel 1 MUX R -1 R -2 R 1 R 0 0 Sel 1 MUX R Cout José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

18 Estrutura Itera da Uidade Lógica e Aritmética A B Palavra de cotrolo Uidade aritmética Uidade lógica p q r SelMUX 2 Uidade de deslocameto Resultado José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

19 Tabela de Micro-operações da ULA S 4 S 3 S 2 S 1 S 0 Microoperação R A + B soma R A B subtracção R A + B + C soma com bit trasporte R A B C subtracção com trasporte egado R A 1 decremeto R A + 1 icremeto R A C decremeto, se C = R A + C icremeto, se C = R A complemeto R A B cojução R A B disjução R A B disjução exclusiva R shr A deslocameto lógico à direita R shl A deslocameto lógico à esquerda R shra A deslocameto aritmético à direita R shla A deslocameto aritmético à esquerda R ror A rotação à direita R rol A rotação à esquerda R rorc A rotação à direita com trasporte R rolc A rotação à esquerda com trasporte R A trasferêcia José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

20 Uidade de Processameto do P3 WR D SelAD 4 4 SelB Reset A Baco de registos B MA 0 1 MB 0 1 MUXA MUXB WM W Memória CULA 5 BUS A Uidade lógica e aritmética BUS B 4 Estado FM 4 5 FIN LF RE FR Registo de estado 000h FOUT 11 5 Edereço Escrita de dados Leitura de dados MD MUXD CONST LI RI José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

21 Baco de Registos Registo Descrição R0 Costate 0 R1 Registo de uso geral R2 Registo de uso geral R3 Registo de uso geral R4 Registo de uso geral R5 Registo de uso geral R6 Registo de uso geral R7 Registo de uso geral R8 Registo de uso restrito R9 Registo de uso restrito R10 Registo de uso restrito R11 Operado (SD) R12 Edereço de destio (EA) R13 Resultado (RD) R14 Apotador da pilha (SP) R15 Cotador de programa (PC) José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

22 Uidade de Processameto do P3 WR D SelAD 4 4 SelB Reset A Baco de registos B MA 0 1 MB 0 1 MUXA MUXB WM W Memória CULA 5 BUS A Uidade lógica e aritmética BUS B 4 Estado FM 4 5 FIN LF RE FR Registo de estado 000h FOUT 11 5 Edereço Escrita de dados Leitura de dados MD MUXD CONST LI RI José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

23 Registo de Estado FIN FR 5 4 ZR CR NR OR LF Ld LF 0 1 LF 0 1 LF 0 1 LF 0 1 MUX MUX MUX MUX FM3 FM2 FM1 FM0 Ld Ld Ld Ld LF LF LF LF E Z C N O z c 5 FOUT P FM 3 FM2 FM 1 FM 0 Z C N O José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

24 Palavra de Cotrolo do P3 Sial # bits Fução SelAD 4 Cotrola os portos A e D do baco de registos SelB 4 Cotrola o porto B do baco de registos MA 1 Cotrolo do multiplexador A MB 1 Cotrolo do multiplexador B MD 2 Cotrolo do multiplexador D WR 1 Escrita o baco de registos WM 1 Escrita em memória LF 1 Carrega os bits de estado LI 1 Carrega o registo de istrução FM 4 Cotrola a actualização dos bits de estado CULA 5 Cotrola operação a executar a ULA CONST 12 Valor de costate umérica José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

25 Revisão estrutura itera de um processador uidade de processameto uidade de cotrolo estrutura da uidade de processameto baco de registos uidade lógica é aritmética uidade de processameto do P3 José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23

26 Próxima Aula fluxograma da execução de uma istrução Assembly cotrolo microprogramado uidade de cotrolo do P3 micro-istrução micro- programação José Moteiro (DEI / IST) Arquitectura de Computadores / 23