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COMPUTADOR

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Adão de Melo Neto

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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– barramento de controle

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.

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unidirecional

bidirecional

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 podeser 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 serconstituído de uma série de instruções de máquina armazenadas emcélulas sucessivas da MP.

� O ciclo de instrução da CPU consiste em:1. Buscar uma instrução na memória (operação de leitura), uma de cada

vez;

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vez;

2. Interpretar que operação a instrução está explicitando.

3. Buscar os dados onde estiverem armazenados, para trazê-los até aCPU;

4. Executar efetivamente a operação com os dados, guardar o resultado(se houver algum) no local definido na instrução; e

5. Reiniciar o processo buscando uma nova instrução.

UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO•Este ciclo de instrução se repete indefinidamente até que o sistemaseja desligado, ou ocorra algum tipo de erro, ou seja, encontrada umainstrução de parada.

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•As atividades realizadas pela UCP são divididas em duas grandescategorias : função processamento e função controle.

UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP)

ou PROCESSADOR

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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO

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 chamadoULA(Unidade Lógica e Aritmética).•Os demais componentes são os registradores, que servem paraarmazenar dados (ou para guardar resultados) a ser usados pela ULA.•A interligação entre estes componentes é efetuada pelo barramentointerno da CPU .•ULA

• É o dispositivo que realmente executa as operações matemáticascom os dados. Tais operações podem ser:´

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com os dados. Tais operações podem ser:´

• Tais operações podem utilizar dois valores (operações aritméticase lógicas), por isso a ULA possui duas entradas ou apenas umvalor (operações com complemento).

• A ULA é um aglomerado de circuitos lógicos e componenteseletrônicos simples que, integrados, realizam as operações jámencionadas.

FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP•ULA (UNIDADE LÓGICA ARITMÉTICA)

• É o dispositivo que realmente executa as operações matemáticascom os dados, que podem ser:

• Tais operações podem utilizar dois valores (operações aritméticase lógicas), por isso a ULA possui duas entradas ou apenas umvalor (operações com complemento).

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valor (operações com complemento).• A ULA é um aglomerado de circuitos lógicos e componentes

eletrônicos simples que, integrados, realizam as operações jámencionadas.

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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 sejatransferido para a ULA e também por que o resultado de uma operaçãorealizada na ULA deve ser armazenado temporariamente, de modo quepossa 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 armazenardados, serve de elemento de ligação da ULA com os restantes dispositivosda CPU.

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da CPU.

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FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP• Porque existem os REGISTRADORES ?

• A CPU possui sempre outros registradores, com funções específicasou que funcionam para a área de controle. Entre estes registradorespodemos citar o Registrador de Instrução (RI) e o contador deinstrução (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 realizao 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 bitscada 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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células de 8 bits cada uma.

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

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FUNÇÃO DE CONTROLE

FUNÇÃO DE PROCESSAMENTO DA UCP

Em AzulF

Em AZULFUNÇÃO 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, sejaminternos 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 funcionalsão:

• Unidade de controle (UC);• Decodificador;• Registrador de instrução (RI);• Contador de Instrução (CI);• Relógio (Clock);

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• 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. Aquantidade de vezes em que este pulso básico se repete em umsegundo 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 doseguinte. Um ciclo está relacionado com a realização de umaoperação elementar durante o ciclo de uma instrução.

• Uma operação elementar realiza-se em diversos passos no ciclo de

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instrução e, por essa razão, costuma-se dividir o ciclo em subciclosdefasados no tempo, de modo que cada um aciona um passo diferenteda operação elementar.

FUNÇÃO DE CONTROLE DA UCP•UNIDADE DE CONTROLE:

• Tem como função executar a instrução armazenada no RI através de sinais decontrole 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 derealização de um ciclo de instrução são cadenciados de acordo tem comoorigem 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 entradaespecífica 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 identificaçãoprópria e única. A unidade de controle está, por sua vez, preparada para sinalizaradequadamente aos diversos dispositivos da CPU, conforme ela tenha identificadoa 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 parabuscar a instrução na memória (uma cópia dela), e que, viabarramento de dados e RDM, será armazenado no RI.

• CONTADOR DE INSTRUÇÃO (CI):

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• 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 sistemaprovidencia a modificação do conteúdo do CI de modo que elepasse a armazenar o endereço da próxima instrução naseqüência

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 dedados.

• REM• Possui um tamanho igual ao dos endereços da memória

(conseqüentemente, do barramento de endereço) .

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(conseqüentemente, do barramento de endereço) .

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