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Hardware e Software

Prof. Paulo Cesar F. de Oliveira, BSc, PhD

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Capítulo 02 Hardware e Software

17/03/14 © P C F de Oliveira 2014

Seção 1.1 Hardware

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Capítulo 02 Hardware e Software Unidades Funcionais

MemóriaPr in cip a l

D ispo sitivo sd e E/S

Processa dor / U C P

U n id a d e Lóg icae A ri tm é ti ca

Reg istra do res

U n id a d e deC on tro le

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§  Unidade de Controle (UC) §  Gerencia atividades de todos

componentes

§  Registradores §  Pequenas áreas dentro do

chip §  Contêm contadores, dados,

instruções e endereços que a ALU está processando

§  Unidade Lógica e Aritmética (ULA) §  Realiza operações lógicas (testes

e comparações) §  Efetua operações aritméticas

(cálculos)

Processador

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Apontador da Pilha (AP) – Stack Pointer (SP)

§  Contém endereço de memória que está topo da pilha §  Pilha – estrutura de dados que mantém informações sobre programas

Registrador de Instruções (RI) §  Armazena a instrução que será executada pelo processador

Registrador de Status – Program Status Word (PSW)

§  Armazena informações sobre execução das instruções (e.g. Overflow) §  Alterado quando uma instrução é executada

Contador de Instruções (CI) - Program Counter (PC)

§  Contém endereço da próxima instrução a ser executada §  Atualizado quando processador busca uma nova instrução

§  Registradores §  Pequenas áreas dentro do chip §  Contém contadores, dados,

instruções e endereços que a ALU está processando

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§  Processador busca na memória principal a instrução que está no CI e armazena no RI

§  Processador executa a instrução decodificada

§  Processador busca operandos na memória, se houver

§  Processador decodifica a instrução armazenada no RI

§  Processador incrementa CI para que contenha o endereço da próxima instrução

Busca instrução

Passo 1 Passo 2 Passo 3 Passo 4 Passo 5

Incrementa Decodifica Busca operandos

Executa

Ciclo de Busca e Instrução

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Memória Principal (MP)

cé lu la = 8 b its

ende

reço

s

0

2 -‐ 116

21

instru çã o ou d a do

§ RAM (random access memory) – memória de acesso aleatório (volátil)

§ ROM (read-only memory) – memória somente para leitura (não volátil)

§ EPROM (erasable programmable ROM) (não volátil)

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Tipos de Memória

§ RAM (random access memory) – memória de acesso aleatório (volátil)

§ ROM (read-only memory) – memória somente para leitura (não volátil)

§ PROM (programmable ROM) (não volátil)

§ EPROM (erasable programmable ROM) (não volátil)

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cé lu la = 8 b its

ende

reço

s

0

2 -‐ 116

21

instru çã o ou d a do

Registrador de Dados da Memória (memory buffer register – MBR)

§  Guarda 1 ou mais endereços de memória após uma operação de leitura §  Guarda o dado que será transferido para a memória na operação de

gravação

Registrador de Endereço de Memória (memory address register – MAR)

§  Realiza a especificação do endereço (i.e. acesso a ele) §  UC sabe qual a célula de memória que será acessada


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Ciclo de Leitura e Gravação

Operação de Leitura §  UCP armazena no MAR endereço da célula

a ser lida

§  UCP gera um sinal de controle para Memória Principal, indicando uma operação de leitura a ser realizada

§  Conteúdo da(s) célula(s) armazenado (s) no MAR é transferido para o MBR

§  Endereço do MBR é transferido para a UCP

Operação de Gravação §  UCP armazena no MAR endereço da célula

a ser gravada

§  UCP armazena no MBR a informação que deverá se gravada

§  UCP gera um sinal de controle para Memória Principal, indicando uma operação de gravação a ser realizada

§  Informação contida no MBR é transferida para a célula endereçada pelo MAR


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Capítulo 02 Hardware e Software Memória Cache

Font

e: A

+ Gu

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to H

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are,

5.e

d. A

ndre

ws,

Jean

(20

10)

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Capítulo 02 Hardware e Software Memória Secundária

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Capítulo 02 Hardware e Software Relação Entre Dispositivos

ma iorca pa cid a d e d ea rm a zena men to

ma ior custo eve locida dede a cesso

Memória S ecund á r ia

Memória C a che

Memória Pr in cip a l

Reg istra dores

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Capítulo 02 Hardware e Software Dispositivos de E/S

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Capítulo 02 Hardware e Software Barramento (Bus)

Ba rram ento p roce ssa dor -‐m em ória

Barram

ento de E/

S

Barram

ento de E/

S

A da pta do r A da pta do r

MemóriaPr in cip a lU C P

§  Barramento §  Vias (caminhos) que permitem a

comunicação entre os dispositivos

§  Ex. PCI, SCSI §  Adaptador §  Sincroniza as

velocidades dos barramentos

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§  Barramento §  Vias (caminhos) que

permitem a comunicação entre os dispositivos

Fonte: A+ Guide to Hardware, 5.ed. Andrews, Jean (2010)

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§  Barramento Backplane §  Integrar barramento E/S com o

Procesador-Memória

Ba rram ento p roce ssa dor -‐m em ória

Barramen

to de E/

S

Barramen

to de E/

S

A da pta do r A da pta do r

MemóriaPr in cip a lU C P

A da pta do r

Barram

ento

de back

plane

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Capítulo 02 Hardware e Software Pipelining (Canalização)

U nida de de b usca d ainstru çã o

P1 P4P3P2

A na lisa dord a

instru çã o

U n ida de de b usca d osd a do s

U n ida de de execu çã o dainstru çã o

Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6 Instr.7

Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6

Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5

Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4

P1

P2

P3

P4

tem po

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Capítulo 02 Hardware e Software Arquitetura RISC/CISC

Arquitetura RISC Arquitetura CISC Poucas instruções Muitas instruções

Instruções executadas pelo hardware Instruções executadas pelo microcódigo

Instruções com formato fixo Instruções com diversos formatos

Instruções utilizam poucos ciclos de máquina

Instruções múltiplos ciclos

Instruções com poucos modos de endereçamento

Instruções com vários modos de endereçamento

Arquitetura com muitos registradores Arquitetura com poucos registradores

Arquitetura pipelining Pouco uso da técnica de pipelining

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Capítulo 02 Hardware e Software Arquitetura RISC/CISC

U ti ltá rios

C ircu itos E le trôn icos

Microp ro g ram a çã o

Lin g u a g em d e Má qu in a

Arq

uitetu

raRISC

S istem a O pera cion a l

A p l ica tivos

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Capítulo 02 Hardware e Software Interpretador

programa-fonte (Entrada)

Interpretador

resultado (Saída)

§  Interpretador lê o programa-fonte §  Linha por linha

§  Resultado do programa aparece na tela

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Capítulo 02 Hardware e Software Loader (Carregador)

Módulo Objeto

Programa Executável

Programa na Memória

Programa Fonte

Compilador Linker Loader

§  Loader §  Absoluto – transfere programa da memória

secundária para principal e inicia sua execução (endereço inicial e tamanho módulo)

§  Relocável – carrega o programa em qualquer posição da memória (relocação)

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Capítulo 02 Hardware e Software Depurador (Debugger)

§ Acompanhar execução de um programa instrução por instrução

§ Possibilitar a visualização e alteração de variáveis

§ Implementar pontos de parada (breakpoint) dentro do programa

§ Implementar watchpoints, i.e. quando o conteúdo de uma variável for modificado, enviar uma mensagem

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