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Arquitetura e Organização
de Computadores
Estrutura e Função do Processador
Material adaptado, atualizado e traduzido de:
STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de Computadores. 5ª edição
Organização do Processador
Requisitos do processador:
Buscar instrução
Interpretar a instrução
Obter os dados
Processar os dados
Gravar os dados
Organização do Processador
 ULA
Faz os cálculos ou
processamento de dados
 Unidade de Controle
Controla a movimentação
de dados e das instruções
que entram e saem do
processador e controla
operação da ULA
 Registradores
Memória temporária da
CPU
Registradores
CPU precisa de espaço para armazenar alguns
dados enquanto trabalha (armazenamento
temporário)
Chamado registradores
Quantidade e funções variam entre os designs
de cada processador
Uma das maiores decisões no design de um
processador
Nível mais alto na hierarquia das memórias
Papéis dos Registradores
Registradores visíveis ao usuário
Possibilitam minimizar o acesso à memória através
do uso de linguagem de máquina ou assembly
Registradores de controle e estado
Usados pela unidade de controle para controlar a
operação do processador e por programas do SO
para controlar a execução de programas
Registradores Visíveis ao
Usuário - Divisões
 Uso geral
Podem ser para uma variedade de funções
 Dados
Usados apenas para guardar dados
 Endereços
Podem ser usados para um modo de endereçamento em
particular (ponteiros de segmento, registradores de índice,
ponteiros de pilha)
 Códigos condicionais
Bits definidos pelo hardware do processador como resultado das
operações. Ex: operações aritméticas podem resultar resultados
positivos, negativos, zero ou fora de capacidade
Registradores de
Controle e Estado
Contador de Programas (PC)
Contém o endereço de uma instrução a ser lida
Registrador da Instrução (RI)
Contém a instrução lida mais recentemente
Registrador de Endereço de Memória (MAR)
Contém o endereço de uma posição de memória
Registrador de Buffer de Memória(MBR)
Contém uma palavra de dados para ser escrita na
memória ou a palavra lida mais recentemente
PSW - Palavra de Estado do
Programa (1)
Um grupo de bits
Contém códigos condicionais
Composto por:
Sinal do último resultado
Zero
Marcado se resultado for zero
Carry
Operações matemáticas
Igual
Marcado se operação lógica resultou em igualdade
PSW - Palavra de Estado do
Programa (2)
Composto por: (continuação…)
Overflow
Indica sobrecarga aritmética
Habilitar/desabilitar Interrupção
Habilita ou desabilita interrupções
Supervisor
Indica se processador no modo supervisor ou usuário
Ciclo de Instrução
Estágios
Buscar
Executar
Interromper
Ciclo Indireto
Requerem acesso a memória para buscar
operandos
Endereçamento indireto requer mais acessos a
memória
Pode ser visto como um subciclo adicional de
instrução
Diagrama de Estado do
Ciclo de Instrução
Fluxo de Dados
(Busca de Instrução)
Depende do modelo do processador. Em geral:
Durante o ciclo de leitura
PC contém o endereço da próxima instrução
Endereço é movido para MAR
Endereço é colocado no barramento de endereço
Unidade de Controle requer uma leitura de memória
Resultado é colocado no barramento e copiado para
MBR e depois movido para IR
Enquanto isso, o PC é incrementado em 1
Fluxo de Dados do
Ciclo de Busca
Fluxo de Dados
(Busca de Dados)
IR é examinado
Se for encontrado um especificador de
operando que indique endereçamento indireto,
um ciclo indireto é efetuado
Os N bits da extrema direita de MBR são transferidos
para MAR
Unidade de Controle requisita uma leitura de
memória
Resultado (endereço do operando) é movido para
MBR
Fluxo de Dados do
Ciclo Indireto
Fluxo de Dados (Execução)
Assume muitas formas
Depende de qual instrução está sendo
executada
Pode envolver
Transferência de Dados entre registradores
Leitura/Escrita na memória
E/S
Utilização da ALU
Fluxo de Dados (Interrupção)
 Simples e Previsível
 O conteúdo atual de PC deve ser salvo para permitir que
a CPU retome a atividade após a interrupção
 Conteúdo de PC é copiado para MBR
 Posição especial de memória (Ex: ponteiro de pilha) é
carregada em MAR
 MBR escrito na memória
 PC preenchido com o endereço da rotina de interrupção
 Próxima instrução (primeira da interrupção) pode ser
buscada
Fluxo de Dados do
Ciclo de Interrupção
Exercícios
1. Quais os 3 principais componentes de uma
CPU. Comente.
2. Qual(is) o(s) papel(is) do(s) registrador(es).
3. Quais os estágios de um ciclo de instrução?
Comente.
4. Descreva o fluxo de dados em um ciclo de
instrução.
5. Descreva o fluxo de dados em um ciclo de
interrupção.