PSI3441 Arquitetura de Sistemas Embarcados

Transcrição

1 PSI31 Arquitetura de Sistemas Embarcados - Arquitetura do µprocessador Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Prof. Gustavo Rehder grehder@lme.usp.br Prof. Sergio Takeo kofuji@usp.br Prof. Antonio Seabra acseabra@lsi.usp.br

2 Objetivo do Vídeo Entender como o processador executa um programa. O que é o ciclo de máquina. Entender a microarquitetura de processadores. (focado no Cortex M0+ da ARM) Conhecer diferentes instruções executadas pelo processador.

3 3 Tarefa a ser executada pela CPU Programa (C, C++, Basic, Pascal, Python, Assembler, VLPs) Binário Compilação 0 Código de máquina Somador de bits 1 0

4 Dentro da CPU Ciclo de Máquina + = Arithimetic and Logic Unit (ULA em português) º Passo DECODE Decodifica as instruções 3º Passo EXECUTE Executa as instruções 1º Passo FETCH Busca as instruções na memória Unidade de º Passo STORE Armazena os resultados na memória

5 Arquitetura Simplificada Load/Store A CPU não faz operações na, todas as operações são realizadas pela ULA utilizando dados do Registrador O programa e os dados são gravados na O programa é executado sequencialmente, uma instrução em cada linha da memória R R Operando Endereço da Dados

6 Arquitetura Simplificada Load/Store 3 Tipos de (Instruction Set Architecture ISA): Transferência Leitura, Escrita... Dados Adição, Subtração, Multiplicação, Divisão, Lógica... Sequenciamento Jump, Branch... Depende do Processador R R Operando Endereço da Dados

7 + Formato da Instrução: Destino,, Operando Dependendo da operação não é usado R R Operando Instrução: MOVE atribui o valor de Op ao registrador Rn MOV Rn, Op OpCode Destino Valor Endereço da Dados 0 MOV, # 1 MOV, ADD R,, 3 MOV, #0x STR R, [] Constante de bits

8 Depois de inicializar, (PC) aponta para a próxima instrução a ser executada. A instrução é copiada para o (IR) FETCH. O decodifica a instrução e carrega variáveis DECODE. A operação é executada pelo EXECUTE. O resultado é armazenado no registrador STORE. R R MOV Operando 0 MOV, # Endereço da Dados 0 MOV, # 1 MOV, ADD R,, 3 MOV, #0x STR R, [] Destino

9 Ao fim do ciclo o PC é incrementado, apontando para a próxima instrução. A instrução é copiada para o (IR) FETCH. O decodifica a instrução e carrega variáveis DECODE. A operação é executada pelo EXECUTE. O resultado é armazenado no registrador STORE. R R MOV Operando 01 MOV,, # Endereço da Dados 0 MOV, # 1 MOV, ADD R,, 3 MOV, #0x STR R, [] Destino

10 10 Ao fim do ciclo o PC é incrementado, apontando para a próxima instrução. A instrução é copiada para o (IR) FETCH. O MOV decodifica Rn, Op1, a instrução Op ; e Rn carrega = Op1 variáveis + Op DECODE. A operação é executada pelo EXECUTE. O resultado é armazenado no registrador R STORE. Instrução: ADD Soma valores de Op1 e Op e armazena no registrador Rn. OpCode Destino Valor 1 Valor R R MOV ADD Operando 1 ADD MOV R,,, # Endereço da Dados 0 MOV, # 1 MOV, ADD R,, 3 MOV, #0x STR R, [] Destino

11 11 Ao fim do ciclo o PC é incrementado, apontando para a próxima instrução. A instrução é copiada para o (IR) FETCH. O decodifica a instrução e carrega variáveis DECODE. A operação é executada pelo EXECUTE. O resultado é armazenado no registrador STORE. R R 0x MOV 0x Destino Operando 3 MOV,, #0x # Endereço da Dados 0 MOV, # 1 MOV, ADD R,, 3 MOV, #0x STR R, [] Valor em Hexa

12 1 Instrução: STORE Armazena o valor do registrador Rn no endereço da memória Ao fim do ciclo o PC é incrementado, apontando para a próxima instrução. A instrução indicado é copiada pelo registrador para o Registrador Rd. de Instrução (IR) FETCH. O decodifica a instrução e carrega STR variáveis Rn, [Rd] DECODE. A operação é executada pelo EXECUTE. O resultado é armazenado na memória no endereço especificado pelo registrador STORE. OpCode Valor Endereço R R 0x MOV STR 0x Destino Operando 3 STR MOV R,, [] # Endereço da 0x Dados 0 MOV, # 1 MOV, ADD R,, 3 MOV, #0x STR R, []

13 13 O que acontece no próximo ciclo? FALHA!! Não tem instrução para executar!! O processador deve sempre rodar em loop infinito!! R R 0x Operando LDR MOV R,, [] # Endereço da 0 MOV, # 1 MOV, ADD R,, 3 MOV, #0x STR R, [] Dados Destino

14 1 Instrução: LOAD Carrega o registrador Rn com o valor do endereço da memória indicado pelo registrador Rd. LDR Rn, [Rd] OpCode Destino Endereço Como colocar a posição da memória no R? Qual é o fluxo? R R 0x Operando LDR MOV R,, [] # Endereço da 0 MOV, # 1 MOV, ADD R,, 3 MOV, #0x STR R, [] LDR R, [] Dados Destino

15 1 Instrução: LOAD Carrega o registrador Rn com o valor do endereço da memória indicado pelo registrador Rd. LDR Rn, [Rd] OpCode Destino Endereço LOAD por der usado para colocar endereços de 3 bits nos registradores! 0xFF R R 0x Operando MOV, # LDR,=0xFF Endereço da 0 MOV, # 1 MOV, ADD R,, 3 MOV, #0x STR R, [] LDR R, [] Dados LDR,=0xFF Destino

16 1 Subtração utilizando complemento de X = (a+b)-(c+d), sendo a = 1, b =, c = 3, d = X = (1+)-(3+) = 3- = - SUB Rd, Rn, Op Procedimento: 1. Tirar o complemento de do subtraendo (Op) inverter os bits e somar 1. Adiciona-lo ao minuendo (Rn) 1. em Hexa expresso em 3 bits Complemento de FFFF FFF. Este bit indica que é negativo FFFF FFF FFFF FFFC = - FFFF FFFC Complemento de