Topico_02 (Conceitos iniciais)

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Tópico 2: Arquitetura (Conceitos iniciais)
Prof. Jhonattan Cordoba Ramirez
Escola de Engenharia
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
ELT123 - Arquitetura e Organização de Computadores
Roteiro
• Introdução
• Linguagem assembly
Introdução
Nível de aplicação
(Software)
Sistema 
operacional
Arquitetura
Programas
Controladores 
de 
dispositivos
Registrador 
de instruções
• Visão que tem o programador do computador
• Definido por instruções e localização dos operadores.
• Linguagem utilizada para codificar instruções no nível da 
arquitetura:
Linguagem MIPS - ASSEMBLY
• Assembly é um formato de instruções entendível pelos 
humanos.
• Linguagem de maquina é um formato legível pelos 
computadores.
Introdução
Unidade de 
controle de 
hardware
Caminho de 
dados
Instruções da 
cache Dados da cache
Memoria principal
Instruções Dados
Unidade de 
controle de 
hardware
Instruções e 
caminho de 
dados
Memoria de 
controle para o 
micro programa
Cache
Memoria principal
Dados
RISC – Computador com conjunto de 
instruções reduzidas
CISC – Computador com conjunto de 
instruções complexas
Introdução
CISC – Computador com conjunto de instruções complexas
Computador onde conjunto de instruções únicas, podem executar varias instruções de baixo nível.
•A lógica de decodificação de instruções será Complexa.
•Uma instrução é necessária para suportar vários modos de endereçamento.
•Menos espaço no chip é suficiente para registradores de uso geral para as instruções que 0 são
operadas diretamente na memória.
•Vários projetos CISC são configurados com dois registradores especiais para o ponteiro de pilha,
tratamento de interrupções, etc.
•MUL é referido como uma “instrução complexa
Introdução
RISC – Computador com conjunto de instruções reduzidas
Computador onde comandos simples que podem ser divididos em várias instruções que atingem a
operação de baixo nível dentro de um único ciclo
•O RISC utiliza modos de endereçamento simples e instruções de comprimento fixo para pipelining. 
•Separa as instruções “LOAD” e “STORE”.
•O RISC contém um grande número de registradores.
•No RISC, o Pipelining é fácil, pois a execução de todas as instruções será feita em um intervalo de 
tempo uniforme, ou seja, um clique.
•No RISC, mais RAM é necessária para armazenar instruções em nível de montagem.
•Instruções reduzidas precisam de um número menor de transistores no RISC.
• Arquitetura de computadores é um conjunto de regras e métodos que descrevem a funcionalidade, 
organização e implementação de sistemas de computador.
• Arquitetura do conjunto de instruções (ISA - Instruction Set Architecture): O ISA define o 
código de máquina que um processador lê, por exemplo, o tamanho das palavras, hierarquia 
de memória, os modos de endereço de memória, os registros do processador, os tipos de 
dados, etc.
• Microarquitetura: Também conhecido como ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES e 
describe como um processador vai implementar a ISA.
• Projeto de sistema (System Design): Inclui todos os outro componentes de hardware dentro 
do sistema computacional 
Introdução
• Ciclo de Instrução (Ciclo Busca-Execução ou ciclo de maquina) 
• Busca da instrução (Instruction Fetch).
• Decodificação da instrução corrente e cálculo do endereço de memória da próxima 
instrução.
• Busca dos operandos (Operand Fetch) ou cálculo do endereço dos operandos.
• Execução da operação representada pela instrução. 
• Armazenamento do resultado em um endereço de memória 
Introdução
Princípios para o desenho de arquiteturas 
proposto por Hennessy e Patterson:
Introdução
• Simplicidade favorece regularidade
• Faça o caso comum rápido
• Menor é mais rápido
• Um bom design exige bons compromissos
Instruções: Adição e Subtração
add: Mnemônico indica operação para executar.
b, c: Operandos de origem (nos quais a operação é 
executada).
a: Operando de destino (em que o resultado é escrito)
𝑎𝑎 = 𝑏𝑏 + 𝑐𝑐; 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑎𝑎, 𝑏𝑏, 𝑐𝑐
Código em 
linguagem C
Código em linguagem 
MIPS Assembly
Adição
Princípio para o desenho 1 (simplicidade favorece regularidade)
Formato de instrução consistente
Mesmo número de operandos (duas fontes e um destino)
Mais fácil de codificar e manusear em hardware
Instruções: Adição e Subtração
𝑎𝑎 = 𝑏𝑏 − 𝑐𝑐; 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑏𝑏 𝑎𝑎, 𝑏𝑏, 𝑐𝑐
Código em 
linguagem C
Código em linguagem 
MIPS Assembly
Subtração
Um código mais complexo é manipulado 
por várias instruções MIPS.
Instruções múltiplas
Código em linguagem C
Código em linguagem MIPS Assembly
𝑎𝑎 = 𝑏𝑏 + 𝑐𝑐 − 𝑎𝑎;
𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑡𝑡, 𝑏𝑏, 𝑐𝑐 #𝑡𝑡 = 𝑏𝑏 + 𝑐𝑐
𝑠𝑠𝑠𝑠𝑏𝑏 𝑎𝑎, 𝑡𝑡,𝑎𝑎 #𝑎𝑎 = 𝑡𝑡 − 𝑐𝑐
Princípio para o desenho 2 (faça o caso comum rápido)
• O MIPS inclui apenas instruções simples e comumente 
usadas
• Hardware para decodificar e executar instruções pode ser 
simples, pequeno e rápido
• Instruções mais complexas (menos comuns) são realizadas 
usando várias instruções simples
• O MIPS é um computador com conjunto de instruções 
reduzido (RISC), com um pequeno número de instruções 
simples
• Outras arquiteturas, como o x86 da Intel, são computadores 
de conjunto de instruções complexas (CISC)
Operandos: Registradores
Onde estão localizados fisicamente os 
operandos no computador?
Registradores
Memorias
Constantes, também chamadas imediatos.
• O MIPS tem 32 registros de 32 bits
• Registros são mais rápidos que a memória
• MIPS chamado de “arquitetura de 32 bits” porque opera em 
dados de 32 bits
• Registradores:
• $ antes do nome 
• Exemplo: $0, “registro zero”, “cifrão zero”
• Registrador é usado para propósitos específicos
Código em linguagem C Código em linguagem MIPS Assembly
𝑎𝑎 = 𝑏𝑏 + 𝑐𝑐; 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 $𝑠𝑠𝑠, $𝑠𝑠𝑠, $𝑠𝑠𝑠 # $𝑠𝑠𝑠 = 𝑎𝑎; $𝑠𝑠𝑠 = 𝑏𝑏; $𝑠𝑠𝑠 = 𝑐𝑐
Princípio para o desenho 3 (menor é mais rápido)
O MIPS inclui apenas um pequeno número de registros
Operandos: Registradores
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