Apresentação em tema: "1. Introdução O processador é o componente vital do sistema de computação, responsável pela realização das operações de processamento (os cálculos matemáticos."— Transcrição da apresentação: 1 1. Introdução O processador é o componente vital do sistema de computação, responsável pela
realização das operações de processamento (os cálculos matemáticos etc.) e de 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. Show
2 2. A influência do tamanho da palavra
3 No projeto de uma CPU, a definição do tamanho
da palavra tem enorme influência no desempenho global de toda a CPU e, por conseguinte, do sistema como um todo: a) influência ou desempenho devido ao maior ou menor tempo na execução de instruções com operações matemáticas na UAL. b) influência no desempenho devido ao tamanho escolhido para o barramento interno e externo da CPU. Se a largura do barramento for, p.ex., igual a 16 bits em um sistema com palavra de 32 bits (UAL e registradores de 32 bits), então o
movimento de 4 bytes de um dado tipo caractere requererá dois ciclos de tempo do barramento, ao passo que em barramento de 32 bits requereria apenas um ciclo de tempo;
4 c) influência também na implementação física do acesso à memória, porque o movimento de dados entre CPU e memória é normalmente medido em palavras (o barramento de dados que une o RDM à memória deve acompanhar em largura o valor da palavra). Para uma CPU de 32 bits de palavra, por exemplo, é desejável que a memória seja organizada de modo
que sejam acessadas 4 células contíguas (4 bytes = 32 bits) em um único ciclo de memória. Se isto não ocorrer, a CPU deverá ficar em estado de espera ("wait state"). 5 3. Funções da CPU A CPU é projetada e fabricada com o propósito único de executar sucessivamente pequenas operações matemáticas (ou
outras manipulações simples com dados), na ordem e na sequência definidas pela organização do programa. As atividades realizadas pela CPU podem ser divididas em duas grandes categorias funcionais: Função processamento; Função controle. 6 3.1 - Função de
processamento 7
Tarefas comuns a esta função são as que realizam:
8 Fazem parte dessa área funcional os seguintes dispositivos:
9 Barramento de dados U C P ACC M P UAL Reg Barramento de endereços
10 3.1.1 - Unidade Aritmética e Lógica – UAL (ou ULA)
11 Qualquer UAL é um aglomerado de circuitos lógicos e componentes
eletrônicos simples que, integrados, realizam as operações já mencionadas. Essas operações são sempre realizadas sobre duas palavras da máquina. Em geral, esse circuito que trabalha com palavras de n bits é construído a partir de n circuitos idênticos, cada qual responsável por uma posição individual de bits.
12 A seqüência a seguir, mostra a construção de uma ULA que pode calcular uma de quatro funções a saber: A and B; A or B;
B; A + B. 13 Os processadores mais modernos utilizam
em sua arquitetura mais de uma UAL, de modo a tornar a execução das instruções mais rápida. CACHE para instruções BTB Barramento Externo ULA 1 ULA 2 FPU BIU Barramento Interno Registradores CACHE para dados BIU = Interface do barramento Cache para instruções e dados = 8 KB ULA 1 e 2 = nº inteiros
FPU = nº fracionários 14 3.1.2 – Registradores Para que um dado possa ser transferido para a UAL, é necessário que ele permaneça, mesmo que por um breve instante, armazenado em um registrador (a memória da CPU). O resultado de uma operação aritmética ou lógica realizada na UAL é
armazenado temporariamente, para que possa ser reutilizado (por outra instrução) ou apenas para ser transferido para a memória. Para atender a estes propósitos, a CPU é fabricada com uma certa quantidade de registradores, destinados ao armazenamento de dados. O número de registradores e suas funções varia de processador para processador e é um dos maiores problemas no projeto de uma CPU.
15 Os registradores da CPU são divididos em 2 tipos:
16 Categorias: 3.1.2.1. Registradores visíveis para o usuário 17 3.1.2.2. Registradores de Controle e de Estado Categorias:
18 3.2 - Função de controle: Atividades:
19 Em resumo, a área de controle é projetada para entender o que fazer, como fazer e comandar quem vai fazer, no
momento adequado. Os dispositivos básicos que devem fazer parte dessa área funcional são: Unidade de controle (UC); Decodificador; Registrador de instrução (RI) ou IR - "instruction register"; Contador de instrução (CI) ou PC "program counter"; Relógio ou "clock"; Registradores de endereço de memória (REM) e de dados da memória (RDM).
20 Barramento de dados U C P RDM ACC M P UAL Reg CI REM Barramento 21 Barramento de Controle 22 3.2.1 - Registrador de Instrução - RI 23 3.2.2 - Contador de
Instrução – CI 24 REM e RDM Já vistos em memória.
25 3.2.4 - Unidade de Controle É o dispositivo mais complexo da CPU. 26 4. Instruções
de máquina Uma instrução de máquina é a especificação de uma operação básica (ou primitiva) que o hardware é capaz de realizar diretamente. O conjunto de instruções fornece os requisitos funcionais para a CPU. Quando se escreve "conjunto de instruções", estamos nos referindo a todas as possíveis instruções que podem ser interpretadas e executadas por um processador.
27 4.1 - Tipos de instruções: Operações matemáticas (aritméticas, lógicas, de complemento, de deslocamento);
Movimentação de dados (memória - UCP e vice-versa); Entrada e saída (leitura e escrita em dispositivo de E/S); Controle (desvio da sequência de execução, parar etc.). Observação: Quando se escreve "conjunto de instruções", estamos nos referindo a todas as possíveis instruções que podem ser interpretadas e executadas por um processador.
28 4.2 - Formato das instruções:
29 De modo geral, podemos separar o grupo de bits que constitui a instrução em dois campos: 30 5. Funcionamento da UCP
31 Ciclo de Instrução: Início Buscar a próxima instrução
32 Início Buscar a próxima instrução Incrementar o CI
33 Início Buscar a próxima instrução Ciclo de busca Incrementar o CI
34 Início Buscar a próxima instrução Ciclo de busca Incrementar o CI
Decodificação do C. Op. 35 Início Buscar a próxima instrução Ciclo
de busca Incrementar o CI Decodificação do C. Op. Tem operando? 36
Início Buscar a próxima instrução Ciclo de busca Incrementar o CI Cálculo de endereço do operando Decodificação do C. Op. sim Buscar e armazenar operando Tem operando?
37 Início Buscar a próxima instrução Ciclo de busca Incrementar o CI
Cálculo de endereço do operando Decodificação do C. Op. sim Buscar e armazenar operando Tem operando? não Executar a operação
38 Início Buscar a próxima instrução Ciclo de busca Incrementar o CI
Cálculo de endereço do operando Decodificação do C. Op. sim Ciclo de execução Buscar e armazenar operando Tem operando? não Executar a operação
39 Início Buscar a próxima instrução Ciclo de busca Incrementar o CI
Cálculo de endereço do operando Cálculo de endereço da instrução Decodificação do C. Op. sim Ciclo de execução Buscar e armazenar operando Tem operando? não Executar a operação
40 Ciclo de Instrução: Buscar a próxima instrução: RI (CI) Qual a parte do computador que executa cálculos matemáticos?Processador (ou microprocessador)
É ele que executa os programas, faz os cálculos e toma as decisões, de acordo com as instruções armazenadas na memória. Os microprocessadores formam uma parte importantíssima do computador chamada de UCP (Unidade Central de Processamento), ou em inglês CPU (Central Processing Unit).
Qual parte do processador e responsável por realizar os cálculos e realizar os processos?CPU é a sigla para Central Process Unit, ou Unidade Central de Processamento. Ele é o principal item de hardware do computador, que também é conhecido como processador. A CPU é responsável por calcular e realizar tarefas determinadas pelo usuário e é considerado o cérebro do PC.
Qual e o componente do processador que e responsável por executar as instruções matemáticas?A Unidade lógica e aritmética (ULA) é a responsável por executar efetivamente as instruções dos programas, como instruções lógicas, matemáticas, desvio, etc.
Como funciona Os cálculos do processador?Em resumo, quanto mais bits internos o processador possuir, mais rapidamente ele poderá fazer cálculos e processar dados em geral, dependendo da execução a ser feita. Isso acontece porque os bits dos processadores representam a quantidade de dados que os circuitos desses dispositivos conseguem trabalhar por vez.
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