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INTRODUÇÃO À ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES E SISTEMAS OPERACIONAIS

VIVIANE LUCY

CPU: Controle e processamento

WebDesign Redes de Computadores

Aula 06


VIVIANE LUCY

Introdução• A CPU (Unidade Central de Processamento) é

responsável por gerenciar todo o sistema computacional.– Controla todas as operações realizadas pelas unidades

funcionais

• A principal função da CPU é:– Controlar e executar instruções presentes na memória

principal.– Somar, subtrair, comparar e movimentar dados


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Sistema computacional

ULAUnidade de

controle

Registradores

Memória Principal

Dispositivos de E/S

Processador

Barramento


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Processador• Unidade de controle

– Gerencia as atividades de todos os componentes do computador;

• Ex. gravação de dados em disco, busca de instrução na memória.

• ULA– Realiza operações lógicas e aritméticas

• Registradores– Armazenam dados temporariamente – Funcionam como uma memória de alta velocidade

interna ao processador


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Clock• A sincronização de todas as funções do

processador é realizada através do sinal de clock.

• O clock é um pulso gerado ciclicamente:

• A cada ciclo de clock uma instrução é executada no processador;

t


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Clock

1 – Busca a instrução

2 – Decodifica a instrução

3 – Executa a instrução

4 - Armazena o resultado

Quanto mais rápido for o clock melhor será a performance do processador

t


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Classificação das arquiteturas

• Os sistemas computacionais podem ser classificados de acordo com a organização de seus componentes:– Arquitetura von Neumann– Arquitetura Harvard


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Arquitetura von Neumman• Há um único caminho entre a memória e a

CPU


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Arquitetura Harvard• Há caminhos separados para dados e

instruções entre a memória e a CPU


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Construindo o caminho de dados• O processador executa instruções

sequencialmente;

• As instruções precisam estar armazenadas em uma memória => Memória de instruções;

• Para buscar as instruções na memória, precisamos endereçá-la;

– Registrador que armazena o endereço da instrução => Program Counter (PC);

• Precisamos incrementar o endereço, de modo a compor o endereço da próxima instrução;


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Ciclo de instrução


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Caminho de dados• Busca de Instruções

PC

Memória de instruções

lw $s0,8($s1)addi $s0,$s0,1

sw $s0,8($s1)

0

1

2


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Caminho de dados• Busca de Instruções


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Caminho de dados• Instruções aritméticas

– Para executar operações aritméticas precisamos dos registradores que armazenam os operandos e o resultado da operação;

– Precisamos da ULA (Unidade Lógica Aritmética) para realizar as operações;


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– A instrução contém o endereço de 3 registradores

add $s0,$t0,$t1

– Dois desses registradores são lidos e passados para a ULA realizar a operação;

– O resultado é armazenado em um terceiro registrador;

– O controle da ULA determina a operação que será realizada;


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Caminho de dados• Instruções de acesso à memória

• Para executar instruções de acesso à memória do tipo load e store são necessários:

- Uma memória de dados- Um banco de registradores OK- Para calcular o endereço da memória somamos o conteúdo de um registrador (32 bits) ao offset (16 bits)- Uma ULA OK- Módulo extensor de sinal (16 para 32 bits)

Ex. lw $s0, 8($t0)

Número de 16 bits


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Instruções de acesso à memória

• Ex. lw $s0, 8($t0)

• Cálculo do endereço de memória:

• Endereço = 8 + $t0

Número de 16 bits Número de 32 bits


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Caminho de dados• Instruções de acesso à memória

Memória de dados Extensor de sinal


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Caminho de dados• Escrita na memória

– O endereço de escrita é obtido pela soma de um registrador de base (registrador 1) com o deslocamento de 16 bits;

– O registrador 2 é escrito na memória;


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Caminho de dados


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Caminho de dados• Leitura na memória

– Semelhante à escrita;

– Existe um caminho para escrever o valor lido no banco de registradores;


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• Os recursos para instruções aritméticas e de acesso à memória são bastante semelhantes;

• Podemos combiná-los em um só;

Combinando instruções


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• A segunda entrada da ULA é:– Um registrador ,no caso de instruções aritméticas;– É obtido a partir da extensão de sinal de 16 bits

das instruções de acesso à memória;

• O valor a ser escrito no registrador destino é:– A saída da ULA, no caso da operação aritmética;– Vem da memória, no caso da instrução de acesso

à memória;



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Unidade de Controle


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Exercício1) A unidade de controle gera os sinais para que os blocos funcionem

corretamente. Determine os sinais (Ctrl1, controle ULA, Memread, Memwrite, Ctrl2, RegWrite) para que as seguintes operações sejam executadas:

a) add $s0, $s1, $s2

b) lw $t1,24($t2)

c) sw $s3,8($t3)

d) sub $s0, $s1, $s2

Unidade de Controle

Operação ULA Controle da ULA

000 add

001 sub

010 or

011 and

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