Arquitetura básica de processadores

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Estrutura de 
Processadores.
Estrutura de Processadores
Conceitos 
*Uma Parte da História
*Estrutura
*Organização da CPU
*Execução das Instruções
Uma parte da História.
Levou décadas para que chegássemos aos 
modelos atuais de processadores. Na verdade, 
demoramos alguns anos para chegar também 
à ideia que temos hoje de como uma CPU 
funciona. Antes, os softwares não eram 
compatíveis com todos os modelos de 
computador, já que eles eram desenvolvidos 
especificamente para cada máquina.
Uma parte da História.
Pascalina
Maquina de 
de diferença
Colossus
Uma parte da História
 Até o final dos anos 60, os processadores ainda 
não eram compostos por uma unidade central, 
mas por módulos interconectados entre si. 
Uma parte da História
 Eniac I 
 
 -18.000 tubos de vácuo 
 -Sem transistors
 -170.000 Resistors 
 -10.000 Capacitores 
 -Velocidade do Clock 100 KHz
 -Energia para operar 174 Kw
 
Uma parte da História
 Eniac II 
 -Sem tubos de vácuo 
 -250.000 transistors
 -Sem Resistors 
 -Sem Capacitores 
 -Velocidade do Clock 20 MHz
 -Energia para operar 0.5 W
Uma parte da História
Foi só no início da década de 70 que surgiram 
as CPUs desenvolvidas totalmente em circuitos 
integrados e em um único chip de silício.
Uma parte da História
 Intel 4004 
Primeiro processador 1971
-Processador de 4 bits e 16 pinos 
-Operava em 740 KHz.
-O chip contava com oito ciclos de clock por ciclo de instrução 
-Capaz de realizar até 92.600 instruções por segundo.
Uma parte da História
 <Intel 8008
-1972
-Primeiro processador 8 bits
 <Intel 8080
 -1974
 -desempenho seis vezes maior que o 
anterior 
Uma parte da História
 <Intel 8086
-1978
-O primeiro processador feito pela Intel para 
ser usado com os PC's
-16 bits
-Não popular pela falta de compatibilidade 
com os dispositivos 8 bits, maioria
Obs.:Posteriormente foi lançado o 8086
compatível com dispositivos 8 bits 
 
Estrutura de Processadores
Onde eles estão presentes:
 
 Funcionalidade:
Esse componente tão vital é responsável por 
carregar e realizar as operações aritméticas e 
lógicas de que os programas de computador 
fazem uso. 
Estrutura de Processadores
Estrutura de Processadores
Barramento
O Barramento do Processador é utilizado para envio de sinais para 
outros componentes . 
Através deste barramento o processador faz a comunicação com os 
dados lidos da memória, escritos na memória, enviados para interfaces 
e recebidos de interfaces. 
Pode ser dividido em três grupos:
 * Barramento de dados
 * Barramento de endereços
 * Barramento de controle
Função da CPU
Funções da CPU:
buscar instruções
interpretar instruções
buscar dados
processar dados. 
CPU precisa fazer armazenamento 
temporário: registradores
Organização do Processador
Unidade Lógica
 Aritmética (ULA): 
Circuito lógico combinacional 
que
realiza operações booleanas 
sobre palavras armazenadas na 
memória de rascunho e 
armazena o resultado na 
mesma
Organização de Processador
Memória de Rascunho (MEM 
RASC): 
conjunto pequeno 
(algumas
dezenas) de registradores 
dedicados rápidos para 
armazenamento
temporário de dados relativos à 
decodificação e execução de 
instruções.
Organização de Processador
Vias Internas:
 Barramentos 
dedicados que permitem a 
transmissão de dados da memória
 de rascunho para a ULA e vice-versa. 
Caminho de Dados: Memória de 
Rascunho + ULA + Vias Internas.
Organização de processador
Unidade de Controle (UC): 
Circuito 
lógico sequencial responsável pela
geração dos sinais de controle do 
Caminho de Dados na sequência
adequada para implementar 
interpretação de instruções
Organização de processador 
Operação do Caminho de Dados 
(Ciclo de Máquina):
- Leitura dos registradores da memória de rascunho, Escrita nos registradores 
de entrada da ULA, A operação da ULA correntemente 
selecionada é executada, o resultado do processamento da ULA é escrito no 
registrador de saída da ULA, o registrador de saída da ULA é lido e o
 seu conteúdo é copiado para o registrador de destino na memória
de rascunho
Organização de processador
Interpretação de Instruções
Conjunto de Instruções: Todas as 
instruções disponíveis ao 
programador de um dado nível de 
máquina virtual.
Contador de Programa (PC – 
Program Counter): Registrador da
memória de rascunho, ponteiro que 
armazena o endereço na memória
principal onde se localiza a próxima 
instrução a ser interpretada.
Organização de Processador
Interpretação de Instruções
Registrador de Instrução 
(IR – Instruction Register):
Registrador da memória de 
rascunho que armazena a Instrução 
corrente que foi buscada na 
memória principal.
Interpretação de instruções
Ciclo de Busca-Decodificação-
Execução:
Busca da próxima instrução no 
endereço da memória principal
apontado pelo PC e armazenamento 
da mesma no IR.
Atualização do PC, fazendo-o apontar 
para a instrução seguinte
(PC := PC +1).
Determinação do tipo de instrução 
armazenada no IR.
Interpretação de instruções
Ciclo de Busca-Decodificação-
Execução:
Se a instrução precisa de operandos armazenados na memória principal, os 
seus endereço devem ser determinados.
Caso necessário, busca de operandos na memória principal.
Execução da instrução.
Busca da próxima instrução no endereço da memória principal.
Interpretação de instruções
O Ciclo de Busca-Decodificação-
Execução pode ser implementado 
em hardware ou por meio de um 
interpretador (microprograma).
Interpretação de Instruções
A interpretação por meio de um microprograma tem as 
seguintes características:
*Projetar um hardware para rodar o interpretador.
*O hardware é simplificado para a redução de custo e a 
complexidade é concentrada no interpretador.
*Facilidade de adicionar Instruções complexas
Interpretação de instruções
A interpretação por meio de um microprograma tem as seguintes características:
As Instruções mais complexas levam a execução mais rápida dado que sequências 
frequentes de instruções simples são candidatas a serem codificadas numa única 
instrução complexa.
Porém individualmente possam ser mais lentas.
Em máquinas de alto desempenho, instruções complexas podem ser implementadas 
em hardware.
Bibliografia
Referências
Andrew S. Tanenbaum, Organização Estruturada de Computadores,
Capítulo 2, 5a edição, Prentice-Hall do Brasil, 2007.
ftp://users.dca.ufrn.br/arq_de_comp/apostilha/capitulo2.pdf
Grupo
Samuel Reis
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Instvan
 
Fred