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AULA 03 Arquitectura e Tecnologias de Computadores MSc. Rafael Beto Mpfumo. 2020

Arquitectura e Tecnologias de Computadores...Arquitectura e Tecnologias de Computadores MSc. Rafael Beto Mpfumo. 2020. Disciplina Arquitectura e Tecnologia de Computadores Ano / Semestre

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AULA 03

Arquitectura eTecnologias deComputadores

MSc. Rafael Beto Mpfumo. 2020

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Disciplina

Arquitectura e Tecnologia de Computadores

Ano / Semestre

1º Ano / 1º Semestre

Carga Horária

4h / Semana

Docentes

Rafael Beto Mpfumo e Nooro Dauto

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Sumário

Unidade Central de Processamento

Estrutura geral e componentes

Funcionamento da CPU

Organização da CPU

Ciclo de Instrução, busca e execução

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Computador digital

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CPU - Unidade Central de Processamento

Unidade Central de Processamento

A unidade central de processamento ou CPU (CentralProcessing Unit), também conhecida como processador,é a parte de um sistema computacional, que realiza asinstruções de um programa de computador, paraexecutar a aritmética básica, lógica, e a entrada e saídade dados

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CPU - Unidade Central de Processamento

O papel da CPU pode ser comparado ao papel de umcérebro no funcionamento de um computador. Isto é,realiza operações lógicas, cálculos e processamento dedados.

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CPU - Unidade Central de Processamento

Funcionamento da UCP

A CPU tem por missão o processamento e a manipulaçãode dados.

As tarefas realizadas pela CPU resumem-se nas seguintes:

1. Efectuar a leitura, a partir da unidade de memória, dasinstruções e dados a executar e a processar.

2. Executar as instruções sobre esses dados.

3. Armazenar o resultado dos dados processados

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CPU - Unidade Central de Processamento

Estrutura geral e componentes

• Unidade de Controle

• Unidade Lógica e Aritmética

• Registradores

• Barramentos

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CPU - Unidade Central de Processamento

UC - Unidade de Controle

Funções: É a parte do processador que controla a execuçãode instruções, busca, interpreta e controla a execução dasinstruções.

• Gera sinais de controlo externos ao processador paracomandar a transferência de dados entre o processador e amemória ou dispositivos de E/S.

• Gera sinais de controlo internos ao processador para moverdados entre os registradores, para comandar a UAL naexecução de uma determinada função e para controlaroutras operações internas

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CPU - Unidade Central de Processamento

ULA - Unidade Lógica e Aritmética

Função: a execução efectiva das instruções.

• É uma pequena parte do circuito integrado da CPU,composta por um aglomerado de circuitos lógicos de altavelocidade, e por componentes electrónicos simples.Realizam as operações aritméticas e lógicas (soma,subtração, multiplicação, divisão, AND, OR, XOR,complemento, deslocamento, incremento e decremento).

• Processadores modernos utilizam mais de uma ULA.

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Registradores

Função: armazenamento de dados e resultados que serãousados pela ULA.

São elementos de armazenamento temporário,localizados na CPU, destinados aos armazenamento dedados que estão a ser utilizados durante oprocessamento.

CPU - Unidade Central de Processamento

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Tipos de Registradores

Registradores visíveis ao utilizador

Permitem ao programador de linguagem máquinaminimizar referências à memória.

• Registradores de propósito geral

• Registradores de dados

• Registradores de endereço

• Registradores de códigos de condição

CPU -Unidade Central de Processamento

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CPU - Unidade Central de Processamento

Registradores de controlo e de estado

São usados pela unidade de controlo para controlar aoperação da CPU.

• Contador de Programa (Program Counter - PC): contémo endereço de memória da próxima instrução a serexecutada.

• Registrador de Instrução (Instruction Register - IR):armazena a instrução a ser executada.

• Registrador de endereçamento à memória (MemoryAddress Register - MAR): armazena temporariamente oendereço de acesso à uma posição de memória.

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CPU - Unidade Central de Processamento

Registradores de controlo e de estado

São usados pela unidade de controlo para controlar aoperação da CPU.

• Registrador de armazenamento temporário de dados(Memory Buffer Register - MBR): armazenatemporariamente os dados que estão a ser transferidosda memória principal para a CPU e vice-versa.

• Acumulador (Accumulator - ACC): recebe os resultadosdas operações efectuadas pela UAL.

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CPU - Unidade Central de Processamento

Barramentos

Conjunto de fios paralelos que permite a transmissão dedados, endereços, sinais de controle e instruções

Tipos:

• Barramentos internos ao processador

• BarramentoS externos ao processador.

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CPU - Unidade Central de Processamento

Organização da CPU

Para entender a organização da CPU é necessário consideraras acções que ela deve executar:

Busca de instrução – leitura de uma instrução na memória.

Interpretação de instrução – descodificação da instrução paradeterminar a operação requerida.

Busca de dados – leitura de dados na memória ou através deum módulo de E/S.

Processamento de dados – operações aritméticas e lógicassobre os dados.

Escrita de dados – escrita dos resultados da execução dainstrução na memória ou em um módulo de E/S.

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CPU - Unidade Central de Processamento

Ciclo de Instrução

É o processamento necessário para a execução de umainstrução.

Os dois passos para a execução de uma instrução sãodenominados por ciclo de busca e ciclo de execução.

A execução de um programa encerra somente se amáquina for desligada, se ocorrer algum tipo de erro ouse for executada uma instrução de programa que encerrea operação do computador.

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CPU - Unidade Central de Processamento

Busca e execução de instruções

1. O registrador contador de programa (PC) contém oendereço da próxima instrução a ser executada.

2. O processador busca a instrução na memória.

3. O processador incrementa o valor de PC.

4. A instrução é carregada no registrador de instruções RI.

5. O processador interpreta a instrução e executa a acçãorequisitada.

6. Voltar ao passo 2 para a execução da instrução seguinte.

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CPU - Unidade Central de Processamento

Busca e execução de instruçõesA execução de uma instrução envolve a combinação dasseguintes acções:• Processador - memória: transferência de dados do

processador para a memória ou da memória para oprocessador.

• Processador - E/S: transferência de dados entre oprocessador e um dispositivo periférico.

• Processamento de dados: execução de operaçõesaritméticas ou lógicas sobre os dados.

• Controlo: especificação da sequência da execução dasinstruções.

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CPU - Unidade Central de Processamento

Interrupções

Ciclo de Interrupção

Ciclo de Instrução com interrupção

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CPU - Unidade Central de Processamento

Múltiplas Interrupções

Ocorrem quando duas ou mais acções requerem aatenção do processador.

Exemplo: um programa recebe dados a partir de umalinha de comunicação e envia resultados para aimpressão.

O tratamento de múltiplas interrupções utiliza duasabordagens:

• Desabilitar as interrupções

• Definir prioridades para as interrupções

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CPU - Unidade Central de Processamento

Interrupções

É uma pausa da sequência normal de execução de uma

instrução, que depois prossegue normalmente, quandoo processamento da interrupção é concluído.

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CPU - Unidade Central de Processamento

Video do Funcionamento básico da CPU

..\ATC\Tema 02\Funcionamento básico da CPU.mp4

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DÚVIDAS ????

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Obrigado

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!!! Mini-Teste 1 na próxima aula prática !!!