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AULA 03
Arquitectura eTecnologias deComputadores
MSc. Rafael Beto Mpfumo. 2020
Disciplina
Arquitectura e Tecnologia de Computadores
Ano / Semestre
1º Ano / 1º Semestre
Carga Horária
4h / Semana
Docentes
Rafael Beto Mpfumo e Nooro Dauto
Sumário
Unidade Central de Processamento
Estrutura geral e componentes
Funcionamento da CPU
Organização da CPU
Ciclo de Instrução, busca e execução
Computador digital
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
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.
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
CPU - Unidade Central de Processamento
Estrutura geral e componentes
• Unidade de Controle
• Unidade Lógica e Aritmética
• Registradores
• Barramentos
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
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.
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
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
CPU - Unidade Central de Processamento
Interrupções
Ciclo de Interrupção
Ciclo de Instrução com interrupção
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
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.
CPU - Unidade Central de Processamento
Video do Funcionamento básico da CPU
..\ATC\Tema 02\Funcionamento básico da CPU.mp4
DÚVIDAS ????
Obrigado
!!! Mini-Teste 1 na próxima aula prática !!!