função de controle da ucp - IME-USP

COMPUTADOR
Adão de Melo Neto
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Modelo Barramento de Sistema
É uma evolução do Modelo de Von Newman
Processador = UCP = unidade de controle + unidade lógica
aritmética
Memória;
Barramento (novo elemento):
– barramento de dados,
– barramento de endereço e
– barramento de controle
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Modelo Barramento de Sistema
Barramento de Endereços
– Transporta os sinais de endereço até a memória.
– Determinam qual a posição de memória que irá ser lida ou escrita.
– Observação:
• A informação dessa posição de memória, que está sendo lida ou
escrita transita pelo barramento de dados, que é bidirecional.
unidirecional
bidirecional
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Modelo Barramento de Sistema
Barramento de Controle
– Indica qual a operação que vai ser realizada:
• leitura ou escrita, na maior parte dos casos
– Possui também sinais para
• A arbitragem do barramento a ser utilizado e
• Para determinar quem vai utilizar o barramento naquele momento, que pode
ser tanto a UCP como a unidade de entrada/saída.
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Modelo Barramento de Sistema
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO
São funções da CPU, executar as instruções e controlar as
operações no computador.
Um programa, para ser executado pelo processador, deve ser
constituído de uma série de instruções de máquina armazenadas em
células sucessivas da MP.
O ciclo de instrução da CPU consiste em:
1.
2.
3.
4.
5.
Buscar uma instrução na memória (operação de leitura), uma de cada
vez;
Interpretar que operação a instrução está explicitando.
Buscar os dados onde estiverem armazenados, para trazê-los até a
CPU;
Executar efetivamente a operação com os dados, guardar o resultado
(se houver algum) no local definido na instrução; e
Reiniciar o processo buscando uma nova instrução.
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UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO
•Este ciclo de instrução se repete indefinidamente até que o sistema
seja desligado, ou ocorra algum tipo de erro, ou seja, encontrada uma
instrução de parada.
•As atividades realizadas pela UCP são divididas em duas grandes
categorias : função processamento e função controle.
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UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO
(UCP)
ou
PROCESSADOR
FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO
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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP
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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP
•O dispositivo principal desta área de atividade de uma CPU é chamado
ULA(Unidade Lógica e Aritmética).
•Os demais componentes são os registradores, que servem para
armazenar dados (ou para guardar resultados) a ser usados pela ULA.
•A interligação entre estes componentes é efetuada pelo barramento
interno da CPU.
•ULA
• É o dispositivo que realmente executa as operações matemáticas
com os dados. Tais operações podem ser:´
• Tais operações podem utilizar dois valores (operações aritméticas
e lógicas), por isso a ULA possui duas entradas ou apenas um
valor (operações com complemento).
• A ULA é um aglomerado de circuitos lógicos e componentes
eletrônicos simples que, integrados, realizam as operações já
mencionadas.
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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP
•ULA (UNIDADE LÓGICA ARITMÉTICA)
• É o dispositivo que realmente executa as operações matemáticas
com os dados, que podem ser:
• Tais operações podem utilizar dois valores (operações aritméticas
e lógicas), por isso a ULA possui duas entradas ou apenas um
valor (operações com complemento).
• A ULA é um aglomerado de circuitos lógicos e componentes
eletrônicos simples que, integrados, realizam as operações já
mencionadas.
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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP
• Porque existem os REGISTRADORES ?
• Por que um dado deve permanecer mesmo que por um breve instante,
armazenado em um registrador (a memória da CPU) para que seja
transferido para a ULA e também por que o resultado de uma operação
realizada na ULA deve ser armazenado temporariamente, de modo que
possa ser reutilizado mais adiante (por outra instrução) ou apenas para ser,
em seguida, transferido para a memória.
• Há sistemas nos quais o registrador acumulador (ACC), além de armazenar
dados, serve de elemento de ligação da ULA com os restantes dispositivos
da CPU.
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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP
• Porque existem os REGISTRADORES ?
• A CPU possui sempre outros registradores, com funções específicas
ou que funcionam para a área de controle. Entre estes registradores
podemos citar o Registrador de Instrução (RI) e o contador de
instrução (CI), além do Registrador de Endereço de Memória (REM)
e o Registrador de Dados de Memória (RDM).
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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP
•INFLIÊNCIA DO TAMANHO DA PALAVRA
• A capacidade de processamento de uma CPU (a velocidade com que realiza
o ciclo de uma instrução) é determinada pelo tamanho da palavra da UCP.
• Vamos realizar a soma de dois valores, A = 3A25 e B = 172C (com 16 bits
cada um).
• A referida soma será simulada em 2 sistemas de computação:
• O sistema 1 possui palavras de 8 bit, e memória principal com células
de 8 bits cada uma.
• O sistema 2 possui palavras de 16 bits, e a memória principal com
células de 8 bits cada uma.
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Influência do Tamanho da Palavra
(SISTEMA 01)
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Influência do Tamanho da Palavra
(SISTEMA 01)
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Influência do Tamanho da Palavra
(SISTEMA 02)
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Influência do Tamanho da Palavra
(SISTEMA 02)
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UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO
(UCP)
ou
PROCESSADOR
FUNÇÃO DE CONTROLE
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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP
Em Azul
F
Em AZUL
FUNÇÃO DE CONTROLE
FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP
•É a parte funcional da CPU que realiza as atividades de:
• Busca de instrução que será executada, armazenando-a no RI
(registrador de instrução)
• Interpretação das ações a serem desencadeadas com a instrução
• Geração de sinais de controle para a execução da instrução. Esses sinais
de controle são enviados aos diversos componentes do sistema, sejam
internos da CPU (como a ULA) ou externos (como a memória ou E/S).
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FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP
•Os dispositivos que fazem parte desta área funcional
são:
•
•
•
•
•
•
Unidade de controle (UC);
Decodificador;
Registrador de instrução (RI);
Contador de Instrução (CI);
Relógio (Clock);
Registradores de endereço de memória (REM) e de
dados da memória (RDM).
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FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP
•RELÓGIO:
• É o dispositivo gerador de pulso cuja duração é chamada de ciclo. A
quantidade de vezes em que este pulso básico se repete em um
segundo define a freqüência (que define a velocidade na CPU).
• Um ciclo de relógio ou de máquina (gerado por um cristal de quartzo)
é o intervalo de tempo entre o início de um pulso e o início do
seguinte. Um ciclo está relacionado com a realização de uma
operação elementar durante o ciclo de uma instrução.
• Uma operação elementar realiza-se em diversos passos no ciclo de
instrução e, por essa razão, costuma-se dividir o ciclo em subciclos
defasados no tempo, de modo que cada um aciona um passo diferente
da operação elementar.
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FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP
•UNIDADE DE CONTROLE:
• Tem como função executar a instrução armazenada no RI através de sinais de
controle que emite em instantes de tempo programados (subciclos).
• Esses sinais de controle são enviados aos diversos componentes do sistema,
sejam internos da CPU (como a ULA) ou externos (como a memória ou E/S)
• Os sinais de controle emitidos ocorrem em vários instantes durante o período de
realização de um ciclo de instrução são cadenciados de acordo tem como
origem o gerador de sinais conhecido como relógio
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FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP
• DECODIFICADOR DE INSTRUÇÃO
•
•
Dispositivo utilizado para identificar as operações a serem realizadas (oeprações
que estão correlacionadas à instrução em execução) acionando uma entrada
específica da UC, que por sua vez saberá que sinais devem ser emitidos.
Cada instrução é uma ordem para que a CPU realize uma determinada operação.
Como são muitas instrução, é necessário que cada uma possua uma identificação
própria e única. A unidade de controle está, por sua vez, preparada para sinalizar
adequadamente aos diversos dispositivos da CPU, conforme ela tenha identificado
a instrução a ser executada.
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FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP
• REGISTRADOR DE INSTRUÇÃO (RI):
• Tem a função específica de armazenar a instrução a ser
executada pela UCP.
• Ao se iniciar um ciclo de instrução, a UC emite o sinal de
controle que acarretará a realização de um ciclo de leitura para
buscar a instrução na memória (uma cópia dela), e que, via
barramento de dados e RDM, será armazenado no RI.
• CONTADOR DE INSTRUÇÃO (CI):
• É o registrador cuja função específica é armazenar o endereço
da próxima instrução a ser executada.
• Tão logo a instrução que vai ser executada seja buscada (lida)
da memória para a CPU (início do ciclo de instrução), o sistema
providencia a modificação do conteúdo do CI de modo que ele
passe a armazenar o endereço da próxima instrução na
seqüência
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FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP
• RDM e REM:
• São os registradores utilizados pela CPU e memória para
comunicação e transferência de informação.
• RDM
• Possui um tamanho igual ao da palavra e do barramento de
dados.
• REM
• Possui um tamanho igual ao dos endereços da memória
(conseqüentemente, do barramento de endereço).
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