Organização de Sistemas Computacionais Processadores: Organização da CPU

Transcrição

1 Universidade Paulista UNIP Curso: Ciências da Computação Turma: CCP30 Turno: Noturno Disciplina: Arquitetura de Computadores Professor: Ricardo Loiola Alunos: Thiago Gomes dos Santos Matrícula: C Guilherme José da Silva Matrícula: C Álex Franco Oliveira Matrícula: C Organização de Sistemas Computacionais Processadores: Organização da CPU UNIVERSIDADE PAULISTA- UNIP Sgas Quadra 913, s/nº - Conjunto B - Asa Sul, Brasília - DF

2 Introdução O processador, também conhecido como CPU, é peça fundamental dos computadores. E não estamos falando apenas dos famosos PCs. Celulares, vídeo games, smartphones, tablets: todos esses dispositivos precisam de processadores para funcionar. Esse componente tão vital é responsável por carregar e realizar as operações aritméticas e lógicas de que os programas de computador fazem uso. Portanto, nada funciona sem a famosa CPU As características da CPU influenciam diretamente na velocidade com que seus programas vão rodar na máquina. Existem vários tipos de processadores no mercado: de 32 e 64-bits, com um ou múltiplos núcleos, e compatíveis com diferentes placas mãe. As principais fabricantes são a Intel e a AMD que provavelmente estarão presentes em algum dispositivo que você usa habitualmente. Você sabe quais são as requisições de uma CPU? Bem, vamos lá, como dito anteriormente a CPU (Unidade Central de Processamento) é o componente vital do sistema de computação responsável pela realização das operações de processamento (os cálculos matemáticos etc.) e responsável pelo controle, durante a execução de um programa. Um programa, para ser efetivamente executado pelo processador, deve ser constituído de uma série de instruções de máquina. Para que a execução tenha início, as instruções devem ser armazenadas em células sucessivas, na memória principal. Função da CPU (Resumindo...) Buscar uma instrução na memória; Decodificar a operação; Buscar os dados; Executar a operação com o(s) dado(s); Guardar o resultado; Reiniciar o processo.

3 O processador é uma das partes principais do hardware do computador e é responsável pelos cálculos, execução de tarefas e processamento de dados. A velocidade com que o computador executa as tarefas ou processa dados está diretamente ligada à velocidade do processador. Assim, cabe ao processador buscar e executar instruções existentes na memória. As instruções de máquina são instruções muito simples que são executadas pelos processadores, como operações aritméticas e logicas, leituras, gravações, comparações e movimentos de dados. Essas instruções, quando agrupadas, formam o que chama-se de programas. Para que um processador seja capaz de executar um programa, ele deverá ser capaz de reconhecer as instruções presentes no programa. O processador é organizado em: Memória de Rascunho (MEM RASC): conjunto pequeno algumas dezenas de registradores dedicados rápidos para armazenamento temporário de dados relativos à decodificação e execução de instruções. Unidade Lógica Aritmética (ULA): Circuito lógico combinacional que Realiza operações booleanas sobre palavras armazenadas na memória de rascunho e armazena o resultado na mesma. Vias Internas: Barramentos dedicados que permitem a transmissão de dados da memória de rascunho para a ULA e vice-versa. Caminho de Dados: Memória de Rascunho + ULA + Vias Internas. Unidade de Controle (UC): Circuito lógico sequencial responsável pela geração dos sinais de controle do Caminho de Dados na sequência adequada para implementar interpretação de instruções. A unidade lógica e aritmética (ULA) é a unidade central do processador, que realmente executa as operações aritméticas e lógicas entre dois números. Seus parâmetros incluem, além dos números operandos, um resultado, um comando da unidade de controle, e o estado do comando após a operação. O conjunto de operações aritméticas de uma ULA pode ser limitado a adição e subtração, mas também pode incluir multiplicação, divisão, funções trigonométricas e raízes quadradas. A unidade de controle é a unidade do processador que armazena a posição de memória que contém a instrução corrente que o computador está executando, informando à ULA qual operação a executar, buscando a informação (da memória) que a ULA precisa para executá-la e transferindo o resultado de volta para o local apropriado da memória. Feito isto, a unidade de controle vai para a próxima instrução (tipicamente localizada na próxima posição da memória, a menos que a instrução seja uma instrução de desvio informando que a próxima instrução está em outra posição.

4 Entre outros fatores, o que determina a "velocidade" de uma CPU é quantidade de instruções que ela é capaz de executar por segundo. A essa "velocidade" se dá o nome de clock e utiliza-se a medida Hertz (Hz) para calculá-la, sendo um 1Hz equivalente a 1 instrução por segundo. Uma CPU com clock de 500 Mhz, por exemplo, é capaz de executar 500 milhões de instruções por segundo. Já um mais atual, com 2,4 GHz, é capaz de realizar 2 bilhões e 400 milhões de instruções por segundo.

5 Questionário 1- Qual desses elementos funcionais que formam a Unidade de Processamento, e que ajuda a fazer a função de processamento? A- ( ) Contador de Instruções. B- (x ) Registrador de Dados. C- ( ) Registrador de endereço de memória. D- ( ) Registrador de Instrução. 2- Sobre a Unidade de Processamento (CPU). Marque a alternativa incorreta. A ( ) A unidade de processamento é responsável pela busca das instruções na memória principal, decodificação e execução. B ( ) Clock ou Relógio é a referência de tempo necessária da CPU. C (x ) O processador não é o cérebro do computador. D ( ) A CPU é responsável pela supervisão e controle de todo o funcionamento da máquina pela as operações logicas e aritméticas sobre os dados. 3- Qual é a função da ULA? A (x ) Realizar as operações logicas e aritméticas. B ( ) Armazenar dados temporariamente. C ( ) Gerenciar as atividades de todos os componentes da máquina. D ( ) Funciona com uma memória de alta velocidade de interna ao processador.

6 4 - Sobre a organização do processador é correto afirmar: a) ( ) A Unidade Lógica Aritmética (ULA) é responsável por organizar e gerar os sinais de controle do caminho de dados em uma lógica sequência lógica de interpretação. b) ( ) A unidade de controle (UC) é a unidade central do processador, que realmente executa as operações aritméticas e lógicas entre dois números. c) ( x ) A Unidade Lógica Aritmética (ULA) faz um circuito lógico combinacional no qual realiza operações booleanas sobre palavras armazenadas na memória de rascunho e armazena o resultado na mesma. d) ( ) A velocidade com que o computador executa as tarefas ou processa dados não está diretamente ligada à velocidade do processador. 5- Em termos de organização e arquitetura de computadores, é correto afirmar que: a) ( x ) para ler ou escrever dados de ou para a memória, usando o DMA, o controlador necessita executar uma rotina de interrupção para avisar a CPU que iniciará essa tarefa. b) ( ) o barramento EISA, além de contar com uma conexão dedicada com o controlador de memória, sem prejudicar o tráfego CPU memória, também conecta na outra extremidade periféricos de alta largura de banda. c) ( ) o processo denominado roubo de ciclo consiste em a CPU apropriar-se de ciclos do barramento que estão em execução para atender dispositivos de E/S. d) ( ) quando o controlador de E/S usa o DMA para ler ou escrever dados de ou para a memória, ele não necessita de intervenção da CPU.

7 Conclusão Dado ao exposto, o processador é uma poderosa máquina de calcular no qual, ela recebe um determinado volume de dados, orientados em padrão binário 0 e 1 e tem a função de responder a esse volume, processando a informação com base em instruções armazenadas em sua memória interna. O CPU deve executar a busca de instrução, interpretação de instrução, busca profunda de dados na memória ou I/O, todo o processamento de dados de forma operativa, também deve executar a aritmética ou lógica sobre os dados e a escrita de dados na memória ou I/O. Em suma a CPU também contém um conjunto restrito de células de memória chamados registradores que podem ser lidos e escritos muito mais rapidamente que em outros dispositivos de memória. São usados frequentemente para evitar o acesso contínuo à memória principal cada vez que um dado é requisitado. O processador e o componente vital do sistema, pois realiza efetivamente todas operações e controlam quando e o que deve ser realizado pelos demais componentes por meio de sinais de controle. Sua velocidade e medida em MIPS (Milhões de instruções por Segundo). Portanto o processador é o cérebro da máquina, pois é a uma das partes principais do hardware do computador.