FUNCIONAMENTO DO COMPUTADOR Adão de Melo Neto 1
ELEMENTOS DE UM COMPUTADOR PROCESSADOR (UCP) unidade de controle (UC) + unidade lógica aritmética (ULA) + registradores MEMÓRIA; BARRAMENTOS barramento de dados, barramento de endereço e barramento de controle 2
MODELO DO COMPUTADOR
PROCESSADOR OU UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP) São funções da UCP, executar as instruções armazenadas na memória e controlar as operações no computador. A memória possui células (que possuem endereços) em que se armazenam as instruções ou dados a serem processador pela UCP. Um programa, para ser executado deve estar na Memória Principal (MP). Este programa é constituído de uma série de instruções armazenadas em células sucessivas da MP. 4
BARRAMENTO DE DADOS Transporta dados do PROCESSADOR DISPOSITIVO DE E/S (vice-versa) para MEMÓRIA ou
BARRAMENTO DE ENDEREÇOS Transporta os endereços a serem acessados (lidos ou escritos) na MEMÓRIA ou dispositivo de E/S. Observação: A informação CONTIDA nessa posição de memória (que está sendo lida ou escrita) transita pelo barramento de dados, que é bidirecional.
BARRAMENTO DE CONTROLE Indica qual a operação que vai ser realizada: leitura ou escrita, na maior parte dos casos Possui também sinais para (a) A arbitragem do barramento a ser utilizado e (b) Determinar quem vai utilizar o barramento naquele momento, que pode ser tanto a UCP como a unidade de entrada/saída. 7
MODELO DO COMPUTADOR
CICLO DE INSTRUÇÃO O ciclo de instrução tem por finalidade executar instruções contidas na memória e se repete indefinidamente até que o sistema seja desligado, ocorra erro, ou seja encontrada uma instrução de parada. 9
DIAGRAMA FUNCIONAL DA UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO As atividades ( ou funções) realizadas pela UCP são divididas em duas grandes categorias: processamento e controle. 10
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP) ou PROCESSADOR FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO 11
FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP O dispositivo principal desta atividade é chamado ULA (Unidade Lógica e Aritmética). A ULA é o dispositivo que executa as operações lógicas ou aritméticas sobre os dados. Tais operações podem ser: SOMA, SUBRAÇÃO,MULTIPLICAÇÃO, DIVISÃO DESLOCAMENTO AND, OR, NOT NEGAÇÃO COMPARAÇÃO, etc. Os demais componentes são os registradores (ACC registrador acumulador e outros registradores ), que servem para armazenar dados (ou para guardar resultados) a ser usados pela ULA. A interligação entre os componentes é efetuada pelo barramento interno da CPU. 12
UNIDADE LÓGICA ARITMÉTICA (ULA) A ULA é um aglomerado de circuitos. Possui duas entradas para operandos das operações. Por exemplo SOMA onde a operação é SOMA (representado pelo código A4) e os operandos são 05 e 15. 13
PORQUE EXISTEM REGISTRADORES 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. O registrador acumulador (ACC), (ACC) um registrador especial, além de armazenar dados, serve de elemento de ligação da ULA com os restantes dispositivos da CPU. 14
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP) ou PROCESSADOR FUNÇÃO DE CONTROLE 15
OUTROS REGISTRADORES DA UCP A UCP 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). 16
FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP É a parte funcional da CPU que realiza as atividades de: 1) Busca na memória da 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 pela UNIDADE DE CONTROLE (UC) 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). 1 2 3 17
DISPOSITIVOS QUE DESEMPENHAM A FUNÇÃO DE CONTROLE DA UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO
RELÓGIO DO COMPUTADOR Cristal de quartzo que vibra milhões de vezes por segundo Gera um sinal que faz com que o processador e demais circuitos trabalhem de forma sincronizada. Este sinal é uma onda quadrada passando de 0 para 1 a uma taxa fixa. É medido em hertz (Hz) que representa número de ciclos por segundo. Um sinal de 100 MHz significa que existem 100 milhões de ciclos em 01 segundo 19
CICLO DE INSTRUÇÃO/ OPERAÇÕES ELEMENTARES Cada operação elementar de uma instrução (busca da instrução, por exemplo) realiza-se em um subciclo de instrução. 20
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DECODIFICADOR DE INSTRUÇÃO 1) Dispositivo utilizado para identificar as operações a serem realizadas (operações que estão correlacionadas à instrução em execução, armazenada no registrador de instrução) 2) acionando uma entrada específica da UC (unidade de controle), 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 qual instrução deve ser executada.
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UNIDADE DE CONTROLE Tem como função executar a instrução armazenada no REGISTRADOR DE INSTRUÇÃO (RI) e decodificada no Decodificador através de sinais de controle que emite em instantes de tempo programados (nos 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)
RDM e REM São os registradores utilizados pela CPU e MEMÓRIA para comunicação e transferência de informação. RDM: armazena o dado lido da memória ou a ser escrito na memória. REM: armazena o endereço da memória cujo conteúdo será lido para o RDM ou onde um valor contido no RDM será escrito neste endereço. 25
REGISTRADOR DE INSTRUÇÃO (RI) Armazena a instrução a ser executada pela UCP Ao se iniciar um ciclo de instrução, a (1) Unidade de Controle(UC) emite o sinal de controle que acarretará a realização de um ciclo 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.
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