CPU. Funções: Componentes: Processamento; Controle. UC (Unidade de Controle); Registradores; ALU s, FPU s etc. Arquitetura de Computadores 3

Transcrição

1 CPU

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3 CPU Funções: Processamento; Controle Componentes: UC (Unidade de Controle); Registradores; ALU s, FPU s etc. Arquitetura de Computadores 3

4 Processador A função de um computador é executar tarefas com a finalidade de resolver problemas. Uma tarefa pode ser executada por meio de uma sequência ordenada de instruções de máquina. O processador é o componente responsável pelo processamento de instruções e de dados.

5 Processador O processador é constituído por centenas de transistores. As portas lógicas são implementadas fisicamente por meio de transistores. Diferentes encapsulamento de transistores.

6 Microprocessador Intel 4004 com 2300 transistores (1971)

7 Microprocessador Intel 8080 com 6000 transistores (1974)

8 Pentium IV com transistores (2001).

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10 Pastilha de silício com 20 cm de diâmetro contendo 165 processadores P4.

11 Itanium com 2 bilhões de transistores (2008)

12 Processador O processador é dividido em três partes:

13 Componentes do Processador ULA (Unidade Lógica e Aritmética) É onde as operações lógicas e aritméticas são realizadas. Unidade de controle Controla a execução de qualquer instrução dentro do processador. Define o que tem que ser feito a cada momento. Decodifica a instrução e gera os sinais de controle para as unidades funcionais.

14 Componentes do Processador Registradores Pequenas memórias dentro do processador. Armazenam dados que estão sendo executados no momento. Dois tipos: Registradores de propósito geral Registradores específicos

15 Barramento Conjunto de condutores por meio dos quais as informações trafegam de uma parte do computador para outra

16 Instruções Representação elementar que gera uma ação em um computador. Determina o que o computador deve fazer naquele instante. Um programa é composto por muitas instruções, que são executadas de forma ordenada pelo processador. Estrutura de uma instrução add $t0, $s1, $s2

17 CPU Ciclo de instrução: Busca instrução; Decodifica a instrução; Busca operandos; Executa a instrução; Escreve os resultados; Retorna ao primeiro passo. Arquitetura de Computadores 17

18 CPU - Processamento Execução propriamente dita das instruções Esta função envolve a UAL, FPU s e registradores; Exemplos: Operações aritméticas; Operações lógicas; Movimentação de dados; Desvios (branch); Entrada / Saída. Arquitetura de Computadores 18

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20 CPU - Processamento Registradores: elementos de armazenamento das informações usadas pelas instruções. Podem ser: Propósito geral; Propósito específico. Arquitetura de Computadores 20

21 CPU - Processamento Implicações do tamanho da palavra: Tempo de processamento em ciclos de relógio; Desempenho em relação aos barramentos internos e externos da CPU; Tamanho (largura) dos registradores. Arquitetura de Computadores 21

22 CPU - Controle As atividades de controle da CPU compreendem: Busca e decodificação das instruções a serem executadas; Geração de sinais de controle que irão ativar os diversos componentes internos e externos da CPU. Arquitetura de Computadores 22

23 CPU - Controle Dispositivos envolvidos nas atividades de controle: UC: unidade de controle; RI (ou IR) - Registrador de instruções (Instruction Register); CI (ou PC) - Contador de instruções (Program Counter) Clock (Relógio); RDM (Registador de dados da memória); REM (Registrador de endereços de memória). Arquitetura de Computadores 23

24 CPU - Controle UC - movimentação de dados e controle da ALU (ou UAL); Clock - gerador de pulsos que sincronizam os trabalhos da CPU. Freqüência medida em MHZ; RI - armazena a instrução que está sendo executada; PC - armazena o endereço da próxima instrução a ser buscada. Arquitetura de Computadores 24

25 CPU - Controle Decodificador de instruções - descobre qual a instrução que será executada pela CPU; RDM - armazena o dado que vai para memória ou que acabou de chegar da memória. REM - Armazena temporariamente o endereço de um acesso à memória (leitura ou escrita). Arquitetura de Computadores 25

26 CPU Instrução de máquina - é uma operação básica que o processador consegue interpretar e executar. (ISA - Instruction Set Architecture) - conjunto de instruções que um processador é capaz de executar. CISC - Complex Instruction Set Computer. RISC - Reduced Instruction Set Computer. Arquitetura de Computadores 26

27 CPU Formato de instruções: Código de operação (opcode) - é o identificador da instrução a ser executada; Operandos - dados que serão manipulados pela instrução. Dentro de um ISA podem existir vários formatos de instrução. Arquitetura de Computadores 27

28 CPU Linguagem Assembly - conjunto de símbolos que representam as instruções de máquina de forma mais amigável para o ser humano. Assembler - é quem faz a tradução do código Assembly para a linguagem de máquina. Arquitetura de Computadores 28

29 CPU Pipeline: Divisão das instruções em pedaços que são executados separadamente; Cada estágio de um pipeline executa uma parte de cada instrução; Possibilidade de execução de várias instruções simultaneamente, em estágios diferentes. Arquitetura de Computadores 29