ULA. Combina uma variedade de operações lógicas e matemáticas dentro de uma única unidade.

Transcrição

1 PROCESSADOR

2 ULA Combina uma variedade de operações lógicas e matemáticas dentro de uma única unidade.

3 ULA Uma ULA típica pode realizar as operações artiméticas: - adição; - subtração; E lógicas: - comparação de magnitude; - e operações AND e OR.

4 ULA Exemplo: O exemplo a seguir apresenta um exemplo de uma ULA de um processador com entrada e saída de N-bit e um sinal de controle que especifica a operação a realizar.

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6 ULA Os dados A e B são obtidos de registradores, os quais podem ser carregados tanto com dados externos, por exemplo, vindos de uma memória externa, ou com o resultado interno produzido pela própria ULA.

7 MEMÓRIA PRINCIPAL Y = A + B BD A1111 A1112 Y A A1113 B A ax cx B bx Contador de Instruções A1114 BE A1114 A1115 A1116 A1117 Y = A + B C D Z = C + D A A1119 A111A A111B A111C A111D A111E BD - Barramento de Dados BE - Barramento de Endereços A111F

8 ULA O registrador que armazena os resultados intermediários/finais produzidos pela ULA é conhecido como acumulador.

9 MEMÓRIA PRINCIPAL Y = A + B BD A1111 A1112 Y A A1113 B A ax cx B bx Contador de Instruções A1114 BE A1114 A1115 A1116 A1117 Y = A + B C D Z = C + D A A1119 A111A A111B A111C A111D A111E BD - Barramento de Dados BE - Barramento de Endereços A111F

10 ULA Os sinais de controle da ULA são gerados pela unidade de controle de acordo com a instrução a ser executada.

11 MEMÓRIA PRINCIPAL Y = A + B BD A1111 A1112 Y A A1113 B A ax cx B bx Contador de Instruções A1114 BE A1114 A1115 A1116 A1117 Y = A + B C D Z = C + D A A1119 A111A A111B A111C A111D A111E BD - Barramento de Dados BE - Barramento de Endereços A111F

12 ULA A unidade de controle também gera sinais adicionais para o controle dos componentes externos a ULA que estão integrados ao caminho de dados, como a carga/escrita de dados em registradores/memórias externas e etc.

13 MEMÓRIA PRINCIPAL Y = A + B BD A1111 A1112 Y A A1113 B A ax cx B bx Contador de Instruções A1114 BE A1114 A1115 A1116 A1117 Y = A + B C D Z = C + D A A1119 A111A A111B A111C A111D A111E BD - Barramento de Dados BE - Barramento de Endereços A111F

14 ULA As ULAs mais modernas realizam operações aritméticas como: - soma; - subtração; - multiplicação - divisão. E operações lógicas como: - AND; - OR; - XOR; - NOT - SHIFT; - ROTATES.

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17 Principais componentes do processador Os principais componentes de um processador são: - Unidade de Controle (UC); - Unidade Lógica e Aritmética (ULA); - Registrador; - Memória Cache.

18 Unidade de Controle A Unidade de Controle (UC) é um componente do processador responsável por gerar sinais elétricos que controlam outros componentes: - responsável por gerar todos os sinais que controlam as operações no exterior do CPU; - resposnsável por todas as instruções para o correto funcionamento interno do CPU; - responsável por controlar as ações da ULA e dos registradores; - os sinais são gerados com base na instrução que está sendo processada.

19 Unidade de Controle A UC atua em conjunto com outra estrutura: o decodificador de instruções. A unidade de controle executa três ações básicas intrínsecas e préprogramadas pelo próprio fabricante do processador: - busca (fetch); - decodificação; - execução. OBS: nos processadores atuais são muito mais ações.

20 Unidade de Controle O processador, ao iniciar sua operação, realiza uma operação cíclica, tendo como base essas três ações. Dependendo do tipo de microprocessador, a unidade de controle pode se ser fixa ou programável.

21 Unidade de Controle A unidade fixa é aquela unidade que já vem com todo o conjunto de instrução programado em uma PLA que é construída pelo fabricante, dentro da UC. Exemplo: Microprocessadores antigos como 8080, 8085, Z80, 6800 e 6502 possuem unidade de controle fixa.

22 Unidade de Controle A UC programável, além de permitir a construção das partes do computator usando módulos básicos Bit slices, permite ao projetista de hardware programar seu próprio conjunto de instruções. Exemplo: Unidade de controle programável pode ser visto nos processadores conhecidos como Bit slicing. O ILLIAC IV (Illinois Array Computer) foi o primeiro sistema SIMD de ampla repercussão, sendo do final da década de 1960.

23 Unidade de Controle Passos: - inicialmente, a UC de controle fornece o endereço de memória de onde deve retirar um byte ou mais, conhecido como chunk; - esse chunk pode conter um código de operação-opcode, ou um operando também conhecido como dado; - na primeira posição de memória deve sempre ser gravado um opcode, pois só o opcode pode informar para a UC qual ação deve ser tomada depois.

24 Unidade de Controle Passos: - além de controlar a posição de memória que contém a instrução corrente que o computador está executando a UC; - ao decodificar o opcode, informa à ULA qual operação a executar: soma ou subtração nos processadores de 8 bits; - nos processadores de 16 bits podem ser efetuadas as instruções de soma, subtração, divisão e multiplicação.

25 Unidade de Controle Passos: - a UC tem a capacidade de realizar operações que denominamos operações lógicas, onde se incluem: AND: e; OR: ou; XOR: ou exclusivo; CMP: comparação; SHIFT: deslocamento de bits para a direita e para a esquerda.

26 Registrador A arquitetura de um processador pode ser orientada de dois tipos: por registrador ou para a memória.

27 Registrador Se for orientada para registradores como no caso da arquitetura Intel, a ULA, após executar qualquer operação lógica ou aritmética, sempre vai armazenar o resultado no registrador acumulador.

28 Registrador Se for orientado para memória (microprocessadores Motorola), nem sempre o resultado é armazenado no acumulador, podendo esse ser armazenado em qualquer posição de memória. Terminada a primeira instrução, a unidade de controle auto incrementa um contador, chamado de contador de programa e vai para a próxima instrução (tipicamente localizada na próxima posição da memória, endereço de memória), a menos que a instrução seja uma instrução de desvio informando o computador que a próxima instrução está em outra posição.

29 Registrador É um dispositivo de armazenamento de dados existente dentro do processador; Tem tamanho do registrador é medido em bits, variando de 32 a 256 bits nos processadores atuais. O conjunto de todos os registradores forma uma memória interna do processador, de alta velocidade, mas de baixa capacidade se comparada com outras memórias (cache, principal, disco rígido, CD).

30 Registrador O registrador é a memória mais rápida da hierarquia de memória do computador. É possível ler e escrever rapidamente nele. Antes de executar uma instrução, todos os dados que a instrução precisa são lidos da memória cache e armazenados nos registradores. A instrução indica quais registradores devem ser usados e qual operação (soma, subtração, multiplicação ) deve ser executada sobre eles;

31 Cache Memória intermediária entre a memória principal e os registradores do processador. É dividida em níveis LX (Level X): - Cache L1; - Cache L2; - Cache L3; OBS: Geralmente as caches L1 e L2 estão embutidas (on-chip ou on-die) no chip do processador. Possui um auto custo pode ser utilizada a mesma tecnologia empregada nos processadores.

32 Barramentos São os conjuntos de micro conectores que ligam o microprocessador à placamãe, através dos quais os dados e as instruções, os endereços e os elementos de controle trafegam. Os barramentos são bidirecionais, ou seja, permitem tanto a entrada de dados no microprocessador quanto a saída de dados deste. São três os barramentos de um microprocessador, cada um deles ligado a uma de suas unidades primárias.

33 Barramentos Barramento de Dados Este barramento serve à ULA, utilizado para o tráfego dos dados e das instruções. A largura dos barramentos atuais é de 32 ou 64 bits, o que significa que cada operação executada processa um bloco de 32 ou 64 dígitos binários. Ao tamanho do barramento de dados também se dá o nome de PALAVRA. Ao se dizer que um processador possui barramento de 32 bits, o termo se refere SEMPRE ao tamanho do barramento de dados, e isto equivale a dizer que o processador trabalha com uma PALAVRA de 32 bits.

34 Barramentos Barramento de Controle Serve à Unidade de Controle, transportando os dados das coordenadas providas por esta unidade.

35 Barramentos Barramento de Endereços Onde trafegam os elementos que compõe os endereços de memória que devem ser acessados, e que está, portanto, ligado aos Registradores. Sua largura é equivalente à do barramento de dados ou à sua metade. Os processadores atuais usam barramento de endereços de 32 bits, o que equivale à tecnologia de 32 bits para dados, ou à metade da tecnologia de 64 bits. Existem ainda processadores que possuem tecnologia de 64 bits tanto para dados quanto para endereços.