2 - Processadores

CEFET-RS
Curso de Eletrônica
2 - Processadores
Organização de Computadores
Profs. Roberta Nobre & Sandro Silva
[email protected] e [email protected]
Microprocessador 8086
BIU
FX
ULA
AH
BH
CH
DH
AL
BL
CL
DL
(AX)
(BX)
(CX)
(DX)
CS
DS
ES
SS
BP
SI
DI
SP
Σ
Address
20 bits Bus
IP
Internal Bus
16 bits
Data
Bus
Control Unit
QUEUE
EU
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.2
n bits
Control
Bus
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Microprocessador 8088
BIU
FX
ULA
AH
BH
CH
DH
AL
BL
CL
DL
(AX)
(BX)
(CX)
(DX)
CS
DS
ES
SS
BP
SI
DI
SP
Σ
Address
20 bits Bus
IP
Internal Bus
8 bits
Data
Bus
Control Unit
QUEUE
EU
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.3
n bits
Control
Bus
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Endereçamento de Memória
offset (16 bits)
segmento (16 bits)
0000
CS
DS
ES
SS
Σ
IP
BX ou BP
SI ou DI
SP
cte 8 ou 16 bits
endereço físico (20 bits)
somador
da BIU
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.4
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Endereçamento de Memória
Endereço físico:
Endereço lógico:
XXXXX16 (20 bits)
XXXX16:XXXX16 (16 bits:16bits)
segmento : offset
IP (Instruction Pointer)
BX (Base Register)
BP (Base Pointer)
SI (Source Index)
DI (Destination Index)
SP (Stack Pointer)
Constante de 8 ou 16 bits
CS (Code Segment)
DS (Data Segment)
ES (Extra data Segment)
SS (Stack Segment)
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.5
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Endereçamento de Memória
Formato do endereço lógico:
• Busca do código de operação ou dado imediato: CS:IP
• Acesso à pilha: SS:SP
• Acesso a dados: DS:BX ou *:*
CS
DS
ES
SS
IP
BX ou BP
SI ou DI
SP
cte 8 ou 16 bits
• Acesso a string: DS:SI (fonte) e ES:DI (destino)
CEFETRS - Eletrônica
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Unidade 02.6
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Segmentos de Memória
Memória Principal
Segmento apontado por CS
Segmento apontado por DS
Segmento apontado por ES
Segmento apontado por SS
Obs: como o offset possui 16 bits,
cada segmento possui 64K bytes
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Unidade 02.7
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Endereçamento de Memória
1M endereços
(1MB)
A
B
C
D
E
F
CEFETRS - Eletrônica
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Unidade 02.8
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Memória Estendida (XMS)
640KB
memória
convencional
A
B
C
D
E
F
384KB
memória
superior
XMS - Extended
Memory Specification
Toda memória além do 1º
MB de memória
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.9
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Memória ROM
POST:Power On Self Test
auto teste ao ligar
SETUP: gerenciador que define as
características do computador
(pressionar tecla DEL durante o POST)
A
B
C
D
E
F
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
BIOS: Basic Input/Output System
sistema básico de entrada e saída
ROM
POST
SETUP
BIOS
Unidade 02.10
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Memória Expandida (EMS)
A
B
C
D
E
F
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
EMB
Expanded
Memory
Specification
Segmentos D e E
Acesso à memória
expandida (EMB)
Unidade 02.11
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Memória Expandida (EMS)
Memória Expandida
(memória externa em uma placa,
ou memória estendida)
cada um dos segmentos pode
acessar uma página da
memória expandida
A
B
C
D
E
F
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
EMS
Requer o gerenciador de
memória: EMM386.EXE
Unidade 02.12
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Endereçamento de Memória
Memória de Vídeo
A
B
C
D
E
F
CEFETRS - Eletrônica
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• Segmentos A e B: memória
de vídeo em modo gráfico
(EGA e VGA);
• Segmento B: B800:0000
memória de vídeo em modo
texto (CGA);
• Segmento B: B000:0000
memória de vídeo em modo
texto (MDA);
Unidade 02.13
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Endereçamento de Memória
Segmento C
• Controladora de Disco RLL
• Controladora de Rede
A
B
C
D
E
F
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.14
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Tabela de Vetores de Interrupção
Tabela de vetores
de Interrupção
Cada vetor de interrupção possui 4 bytes.
• 2 bytes para offset (IP)
• 2 bytes para segmento (CS)
• 256 vetores de interrupções (00 a FF)
A
B
C
D
E
F
nº INT * 4
nº INT * 4 + 1
nº INT * 4 + 2
nº INT * 4 + 3
CS
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Organização de Computadores
Unidade 02.15
:
IP
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Memória
Área de dados do
BIOS
endereço: 0040:0000
A
B
C
D
E
F
CEFETRS - Eletrônica
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Unidade 02.16
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Memória
Área de dados
do Sistema
Operacional
e programas
residentes
A
B
C
D
E
F
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Unidade 02.17
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Memória Alta (HMS)
High
Memory
Specification
D
E
FFFF:0000
A
B
C
D
E
F
HMS
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Organização de Computadores
F
HMS
64K bytes de memória, localizada a partir
do endereço FFFF:0000. Gerenciada pelo
HIMEM.SYS.
Unidade 02.18
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Memória
640KB
memória
convencional
A
B
C
D
E
F
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memória
Utilizada
nos PC
atuais
Unidade 02.19
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Shadow
RAM
cópia dos dados
ROM
RAM
RAM
ROM
RAM
RAM
RAM
Consiste em realizar a cópia de todos os dados de uma ROM
para uma RAM, e após substituir a ROM pela RAM.
Vantagem: o tempo de acesso a uma RAM é menor que o
tempo de acesso a uma ROM.
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Unidade 02.20
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Coprocessador Aritmético (FPU)
A ULA somente manipula valores inteiros.
• O coprocessador possui registradores próprios;
• Opera como uma máquina de pilha (interna ao coprocessador);
• A comunicação entre CPU e FPU é feita por interrupção;
• Conectado em paralelo ao processador.
• 8087
• 80287
• 80387
• 80487SX
• A partir do 80486 a FPU fica interna ao processador
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.21
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Formato dos números em ponto flutuante
sinal
expoente
mantissa
Precisão simples:
32 bits mantissa: 23 bits; expoente: 8 bits;
Precisão dupla:
64 bits mantissa: 52 bits; expoente: 11 bits;
Precisão estendida: 80 bits mantissa: 63 bits; expoente: 15 bits;
Operações:
soma/subtração:
expoentes iguais Æ soma/subtração entre mantissas;
multiplicação/divisão:
soma/subtração entre expoentes;
multiplicação/divisão entre mantissas;
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.22
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Modo Real e Modo Protegido
Modo Real:
• Ao ligar o processador entra em modo real;
• Faz com que o processador opere como um 8086;
• Permite somente o uso do 1º 1MB de memória;
Modo protegido
• Surgiu a partir do 80286;
• Endereçamento de toda a memória;
• Memória Virtual;
• Multitarefa (escalonamento);
• Proteção de memória
• Não executa programas feitos para o modo real.
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.23
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Memória Virtual
Memória Secundária
Consiste em utilizar uma quantidade
de memória maior que a memória
principal do sistema, através de
escalonamento de páginas de uma
memória secundária (ex: HD)
Memória Principal
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Organização de Computadores
Unidade 02.24
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Multitarefa
Consiste em utilizar o processador para realizar diversas
tarefas diferentes
• Cada tarefa é executada em uma fatia do tempo de
processamento;
• O processador é capaz de salvar o contexto de cada tarefa;
• O Sistema Operacional deve proporcionar um escalonador
para o chaveamento das tarefas;
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Organização de Computadores
Unidade 02.25
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Modo Virtual 86
• Permite que programas monousuários (como o DOS)
funcionem normalmente no modo protegido;
• O modo virtual 86 é executado como uma tarefa do modo
protegido;
• É cerca de 15x mais rápido que o 8086 (sob mesmo clock);
• Permite a utilização de diversas tarefas feitas para o modo
real.
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.26
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
Pipeline
8086
Execution
Unit
Bus
Interface
Unit
80286
Execution
Unit
Instruction
Unit
Address
Generation
Unit
Bus
Interface
Unit
Segmentation
Unit
Pagination
Unit
Bus
Interface
Unit
Instruction
Unit
Prefetch
Unit
Execution
Unit
Segmentation
Unit
Pagination
Unit
Cache
Unit
Floating
Point
Unit
Control
Unit
Instruction
Unit
Prefetch
Unit
80386
Execution
Unit
80486
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.27
Bus
Interface
Unit
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva
RISC x CISC
RISC - Reduced Instruction Set Computer
• Instruções simples, que realizam operações únicas;
• Todo o acesso à memória é feito por instruções load e store;
• Possuem grande quantidade de registradores;
• Controle simplificado.
CISC - Complex Instruction Set Computer
• Instruções complexas realizam operações múltiplas;
• Controle complexo.
Atualmente muitos processadores são internamente máquinas
RISC, que emulam operações CISC através de microinstruções.
CEFETRS - Eletrônica
Organização de Computadores
Unidade 02.28
Prof. Roberta Nobre & Sandro Silva