Organização de Sistemas de Computadores
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Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle
Organização de Sistemas de Computadores
Um computador digital consiste de um sistema interligado deprocessadores, memórias e dispositivos de entrada/saída.
UC
ULA
REGS
UCP
MP E/S
barramento
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A UCP (Unidade Central de Processamento) tem como função executar programas armazenados na memória principal (MP), buscando as instruções, examinando-as e, então, executando uma após a outra.
A UC é responsável pela busca das instruções da MP e suaanálise.
A ULA realiza operações lógicas e aritméticas.
Os registradores da UCP constituem uma memória local, de alta velocidade, usada para armazenar resultados temporários, informação de controle (CP, RI, AC).
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A UCP executa uma instrução na seguinte sequência:
1 - busca a próxima instrução;2 - atualiza PC;3 - determina tipo da instrução;4 - determina onde estão os dados;5 - busca os dados;6 - executa a instrução;7 - armazena resultados;8 - volta ao passo 1.
Esta sequência de passos é frequentemente referida como ciclo de busca, decodificação e execução.
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Exemplo:
Considere um computador simples com as seguintes características:
- instruções do tamanho da palavra de memória;- memória de 4K palavras;- um registrador chamado AC, usado para cálculos aritméticos;- a execução de instruções somente é interrompida ao encontrar uma instrução HALT.
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type palavra = ... ; endereço = ...; mem = array [0 ... 4095] of palavra;procedure interpretador (memória: mem; ac: palavra; endini: endereço)var CP, LD : endereço; RI, dado : palavra; DR :boolean; TI :integer; BE : 0 .. 1;begin
CP:= endini; BE := 1;while BE = 1 dobegin
RI := memória [CP]; CP := CP + 1;DTI (RI, TI); achadado (TI, RI, LD, DR);if DR then dado := memória [LD];execute (TI, dado, memória, AC, CP, BE)
endend;
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A coleção de todas as instruções disponíveis ao programador em um nível é chamada conjunto de instruções daquele nível.
O conjunto de instruções e a organização do nível demicroprogramação são o conjunto de instruções e a organização do hardware (UCP).
O conjunto de instruções e a organização do nível convencionalde máquina são determinados pelo microprograma e não pelohardware.
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Limites físicos determinam até que ponto as máquinas podem ser aceleradas simplesmente aumentando a velocidade do hardware.
Uma alternativa está em explorar a execução paralela de instruções, ao invés da tradicional execução sequencial (von Neumann).
As máquinas paralelas podem ser classificadas de acordo com o fluxo de instruções e de dados que elas tem (classificação de Flynn).
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SISD - Single Instruction, Single Data (fluxo único de instruções e de dados); máquina von Neumann; algum paralelismo, buscando-se e iniciando-se a próxima instrução antes de terminar a corrente (CDC6600)
UC
Análise de Instrução
UF1 UF2 UFn- - -
MP
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Busca da Instrução
Análise da Instrução
Cálculo do Endereço
Busca do Dado
Execução da Instrução
MP
máquina “pipeline”
UCP
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SIMD - Single Instruction, Multiple Data (fluxo único de instruções e múltiplo de dados).
ULA
REGS
ULA
REGS
ULA
REGS
ULA
REGS
UC
MP
“array processor”
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MIMD - Multiple Instruction, Multiple Data (fluxo múltiplo de instruções e de dados); UCPs diferentes executam programas diferentes.
UC
ULA
REGS
UC
ULA
REGS
UCP1 UCP2
MP
sistema multiprocessador com memória compartilhada