Todo processador é constituído de circuitos capazes de realizar algumas operações primitivas:

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2 Todo processador é constituído de circuitos capazes de realizar algumas operações primitivas: Somar e subtrair Mover um dado de um local de armazenamento para outro Transferir um dado para um dispositivo de saída

3 A função do processador é executar programas: Um programa executável é constituído de um conjunto de instruções de máquina seqüencialmente organizadas

4 Para que a execução de um programa tenha início é necessário que: As instruções devem estar armazenadas em células sucessivas, na MP ou MC O endereço da primeira instrução deve estar armazenado no processador

5 A partir daí, o processador: Busca uma instrução (op. de leitura), uma de cada vez, cujo endereço deve estar armazenado em um registrador específico Interpreta a instrução Busca os dados (operandos) onde estiverem armazenados, para trazê-los até o processador

6 Executa efetivamente a operação com os dados buscados e guarda o resultado no local definido na instrução Reinicia o processo buscando uma nova instrução Os passos descritos formam um ciclo de instrução e ele é repetido até que seja encontrada uma instrução de parada ou até que ocorra algum erro

7 Início Buscar a próxima instrução Executar instrução Interpretar instrução (decodificar) Armazenar resultados Buscar operandos Fim

8 As atividades do processador estão divididas em duas categorias: Função de processamento Função de controle Busca, interpretação e controle da execução das instruções Controle dos componentes do sistema

9 Para efeito didático, o processador executará as instruções seqüencialmente Processo lento e pouco eficiente Os processadores atuais utilizam a técnica pipeline Execução de instruções em paralelo

10 O diagrama de blocos a seguir ilustra os principais componentes de um processador e sua organização lógica Não se trata de uma organização física Os componentes principais são: ULA (Unidade Lógica Aritmética) UC (Unidade Controle) Banco de Registradores

11 Registradores específicos RI - registrador de instrução: armazena instrução corrente em execução CI (contador de instruções) ou PC (Program Counter): armazena o endereço da próxima instrução ACC: acumulador RDM: registrador de dados da memória REM: registrador de endereço da memória Registradores de propósito geral: 0 a R-1

12 ACC de dados ULA Registradores 0 a R-1 PC RDM REM de endereços RI Relógio UC Decodificador de instruções de controle

13 ACC de dados ULA Registradores 0 a R-1 PC RDM REM de endereços RI Relógio UC Decodificador de instruções de controle

14 ACC de dados ULA Registradores 0 a R-1 PC RDM REM de endereços RI Relógio UC Decodificador de instruções de controle

15 Operações da ULA: Soma Multiplicação Subtração Divisão Operação AND Operação OR Operação XOR Deslocamento à direita Deslocamento à esquerda Incremento Decremento

16 As operações podem utilizar: Dois operandos pois a ULA tem somente duas entradas Um operando no caso do incremento ou decremento A saída da ULA está ligada diretamente aos registradores, através do barramento interno

17 A capacidade de processamento de uma CPU (velocidade que ela executa uma instrução) é determinado pelo tamanho da palavra O tamanho da palavra determina o tamanho da ULA, do barramento interno e dos registradores

18 Para comparar processadores em relação ao tamanho da palavra, considere a seguinte operação: 3A C (A + B) Ambos números inteiros, sem sinal com 16 bits de tamanho cada um

19 Processador com palavra de 8 bits A operação de soma é realizada em duas etapas 8 bits CPU 8 bits MP C 3A A 25 A Regs de 8 bits 17 2C B 8 bits de dados

20 Processador com palavra de 16 bits A operação de soma dos mesmos números é realizada em uma etapa 16 bits CPU 8 bits MP 3A C 3A 25 A Regs de 16 bits 17 2C B 16 bits de dados

21 O tamanho da palavra influencia também no tamanho do barramento de dados Para melhor desempenho, o BD deve ter uma palavra de largura Se a largura do barramento for menor, por exemplo, metade da palavra, seriam necessários dois ciclos de tempo do barramento

22 O tamanho da palavra influencia também na organização da memória A memória está organizada em bytes mas os dados que se movimentam entre processador e memória devem estar organizados em palavras Se isto não ocorrer, o processador ficará em estado de espera (wait state) até que a palavra completa seja transferida A transferência irá gastar mais de um ciclo de memória

23 Dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo A quantidade de vezes que o pulso se repete em um segundo define a freqüência A freqüência é usada para definir a velocidade do processador

24 Durante um ciclo de clock ocorre a realização de uma operação elementar do ciclo de instrução Uma operação elementar não se realiza em um só passo logo o ciclo de clock é dividido em ciclos menores (subciclos) Os passos de uma operação elementar denominam-se microoperações

25 Processador: Relógio Relógio t0 Um clock t0 e seus 5 subclocks Gerador de tempo t1 t2 t3 t4 t5 Unidade de controle

26 Início Passo elementar que ocorre em um ciclo de clock Buscar a próxima instrução Executar instrução Interpretar instrução (decodificar) Armazenar resultados Buscar operandos Fim

27 Colocar o endereço da instrução a ser buscada no REM REM (PC) Incrementar o CI para armazenar o endereço da próxima instrução PC PC + N Microoperações Para a busca de uma instrução subciclo Buscar a próxima instrução O reg. de instruções recebe a instrução buscada RI RDM O RDM recebe a instrução RDM Mem

28 REM (PC) ULA ACC Registradores 0 a R-1 PC 1000 RDM de dados REM de endereços RI Relógio UC Decodificador de instruções de controle

29 CI CI + N ULA 1004 ACC Registradores 0 a R-1 PC RDM de dados 1000 REM 1000 de endereços RI Relógio UC Decodificador de instruções de controle

30 ULA ACC RDM Registradores 0 a R-1 Mem PC RDM 1004 A = B + C de dados REM de endereços RI Relógio UC Decodificador de instruções de controle

31 ULA ACC RI Registradores 0 a R-1 RDM PC RDM 1004 A = B + C de dados REM A = B + C de endereços A = B + C RI Relógio UC Decodificador de instruções de controle