Organização de Computadores

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Álgebra Booleana 
 
Funções lógicas 
AND: A*B 
 
 
 
___________________________________________________________________________ 
OR: A+B 
A B Resultado 
0 0 0 
0 1 1 
1 0 1 
1 1 1 
 
 
 
___________________________________________________________________________ 
NOT: 
A Resultado 
0 1 
1 0 
 
_____________________________________________________________________________ 
Funções lógicas derivadas 
NAND: Resultado= 
A B Resultado 
0 0 1 
0 1 1 
1 0 1 
1 1 0 
 
A B Resultado 
0 0 0 
0 1 0 
1 0 0 
1 1 1 
Associação em série 
Associação em paralelo 
___________________________________________________________________________
NOR: Resultado= 
A B Resultado 
0 0 1 
0 1 0 
1 0 0 
1 1 0 
___________________________________________________________________________ 
XOR: Resultado= 
2 iguais=0 
A B Resultado 
0 0 0 
0 1 1 
1 0 1 
1 1 0 
___________________________________________________________________________ 
XNOR: Resultado= 
2 diferentes=0 
A B Resultado 
0 0 1 
0 1 0 
1 0 0 
1 1 1 
 
Propriedades 
Lei comutativa Lei associativa Lei distributiva 
A*B=B*A (A*B)*C=A(B*C) A*(B*C)=(A*B)*(A*C) 
A+B=B+A (A+B)+C=A+(B+C) 
 A+(B*C)=(A+B)*(A+C) 
= 
Unidade Central de Processamento 
A unidade central de processamento ou CPU (Central Processing Unit), também 
conhecido como processador, é responsável pela atividade fim do sistema, ou 
seja, calcular (computar), processar. 
A UCP consiste em: 
1. Unidade de controle (UC) que controla não só a transferência de dados e 
instruções para dentro/fora da UCP como também a operação da ULA. 
2. Unidade lógica e aritmética (ULA), responsável pelo processamento de 
dados que se resume em operações lógicas e aritméticas de 0s(zeros) e 
1s(uns). 
3. Registradores, que são memórias internas, conjunto de posições de 
armazenamento. 
4. Interconexão interna. 
 
Registradores 
Registradores em suma tem a função de armazenar os dados que serão 
processados pela UCP. Abaixo registradores específicos. 
 PC (contador de programa) contém o endereço da próxima instrução. 
 IR (registrador de instrução) contém a última instrução buscada. 
 MAR (registrador de endereços) guarda um endereço de memória que 
será acessado para leitura ou escrita, é conectado ao barramento de 
endereços. 
 MBR (registrador de dados) guarda um dado lido ou escrito na memória, 
é conectado ao barramento de dados. 
 
Funções do processador 
 buscar instrução na memória. 
 interpretar qual operação a instrução informa. 
 buscar dados onde estiverem armazenados para traze-los ao processador. 
 executar a operação com os dados. 
 guardar o resultado (se houver) no local definido da instrução. 
 reiniciar o processo buscando uma nova operação. 
 
 
 
 
 
 
 
início 
instrução 
ciclo de instrução 
interpretar 
operação 
buscar 
operandos 
executar 
operação 
escrever 
 resultado 
fim buscar 
 
 
 
Esquema de um processador 
 
 
 
Unidade de Controle 
 
A unidade de controle é responsável por controlar por sinais elétricos 
todas as atividades dentro de um computador, esses sinais elétricos ele 
causam a execução de cada µoperação. Faz com que o processador 
execute as µoperações na sequencia apropriada determinada pelo 
programa executado. É o dispositivo mais complexo da UCP e é 
implementado por hardware. 
Execução do programa 
 
 
Ciclo de busca: Ocorre no início de cada ciclo de instrução fazendo com 
que a instrução seja obtida na memória. 
T¹: MAR  PC 
T²: MBR memória 
PC  PC+1 
T³: IR  MBR 
 
Ciclo indireto: Buscar operandos (fonte). 
T¹: MAR  IR (endereço) 
T²: MBR  memória 
T³: IR (endereço)  MBR 
 
Ciclo de execução: Pode variar de acordo com a operação. 
Ex.: ADD, R, X... 
T¹: MAR  IR (endereço) 
T²: MBR  memória 
T³: R1  R1+MBR 
 
 
execução 
do 
programa
ciclo de 
instrução
busca
µoperação
µoperação µoperação
indireto execução
interrupção
ciclo de 
instrução
ciclo de 
instrução
instrução 
Ciclo de interrupção: Ocorre depois do ciclo de execução. 
T¹: MBR  PC 
T²: MAR endereço de salvamento 
T³: memória  MBR 
_____________________________________________________________________________ 
Relógio 
 
O relógio tem por finalidade sincronizar as ações realizadas por um dispositivo, 
ele possui um contador de tempo e gera pulsos elétricos cuja duração é chamada 
de ciclo. 
Período é o tempo gasto para se obter um clico, é medido em nanosegundos (ns). 
Frequência é a quantidade de ciclos/segundo. É o inverso do período e medida 
em Hz (Hertz), 1Hz=1 clico/s 
 
Formula: P=1/F 
 
Caminho de dados é o meio pelo qual os sinais de dados fluem conforme são 
executados pela instrução. Pode ser chamada de data path e se encontra nas 
interconexões internas e ao barramento de endereço. 
___________________________________________________________________________ 
Instruções de Máquina 
 
Instruções de máquina são formalizações de operações simples que é executável 
pelo hardware. O projeto do processador é centrado num conjunto de instruções 
de máquina que se deseja que ele execute. 
 
Detalhes 
Aproximadamente 250 
operações 
Operações matemáticas 
Movimentação de dados 
E/S de dados 
Controle 
 
Formato das Instruções 
Código de Operação Operando 1 Operando 2 Operando3 
 
Código de Operação: Especifica a operação a ser executada. 
Operandos: Indica a localização do dado que será manipulado durante a realização 
da operação. 
Ex: Operando 3 ← Operando 1 + (Código de Operação) Operando 2. 
 
Endereçamento 
Existem diferentes modos de endereçamento para atender a necessidade de 
diferentes tipos de instruções. 
 
Tipos 
1- Modo imediato: o próprio valor é indicado no campo da instrução. 
Código de Operação Operando (valor dado) 
2- Modo direto: valor contido no campo operando indica o endereço de 
memória onde se localiza o dado. 
Código de Operação Operando (endereço) 
 
 
 
 
 
 
3- Modo indireto: valor no campo operando que representa o endereço 
de uma célula que contém outro endereço de memória cujo conteúdo é 
dado. 
Código de Operação Operando (endereço) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Suposição: O operando possui valor 15BB, qual valor do dado? 
15BB 15BE75 
 
4- Endereçamento por registrador: endereço mencionado na instrução é 
de um dos registradores. 
Código de Operação Operando (endereço) 
 
 
 
 
 
 
5- Modo indireto via registrador: endereço no campo de operando se 
refere a um registrador que por sua vez faz uma referência à memória. 
Código de Operação Operando (endereço) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Suposição: O operando possui valor 0902, qual valor do dado? 
090215BA82 
___________________________________________________________________________ 
M.P. Registrador 
end. conteúdo end. conteúdo 
15B9 7C 0900 3A 
15BA 82 0901 8E 
15BB 15 0902 15 
15BC BE 0903 BA 
15BD 9A 
15BE 75 
M.P. Registrador 
end. conteúdo end. conteúdo 
15B9 7C 0900 3A 
15BA 82 0901 8E 
15BB 15 0902 15 
15BC BE 0903 BA 
15BD 9A 
15BE 75 
dado 
end 1 
dado 
M.P. 
M.P. 
end 1 
dado 
1534 
1534 
dado 
registrador 
7 
end 1 
 
Pipeline 
 
Pipeline ou metodologia de excussão pipeline é linhas de montagem para 
execução. 
Uma tarefa pode ser iniciada sem que a tarefa anterior seja concluída. Tem por 
finalidade obter maior desempenho. 
 
Requisitos 
Instruções que possuem vários estágios. 
Estágios com mesmo tempo de duração. 
Estágios independentes entre instruções. 
 
!!! Desvios condicionais limitam o 
aumento dodesempenho. Desviar 
buscas de instruções são 
invalidadas. Até que a instrução 
de desvios seja executada não há 
como saber qual a instrução 
seguinte. 
 
 
Horizontal: Unidade de tempo (ut). Vertical: Instrução. 
 
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
1 BI DI CO BO EI ER 
2 BI DI CO BO EI ER 
3 BI DI CO BO EI ER 
4 BI DI CO BO EI ER 
5 BI DI CO BO EI ER 
6 BI DI CO BO EI ER 
7 BI DI CO BO EI ER 
8 BI DI CO BO EI ER 
9 BI DI CO BO EI ER 
9 instruções finalizadas 
14 ut com pipeline 
54 ut (9 intruções * 6 ut) sem pipeline 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Instrução 
Busca de Instrução BI 
Decodificação da Instrução DI 
Cálculo do Operando CO 
Busca do Operando BO 
Execução da Instrução EI 
Escrita do Resultado ER 
Exemplos 
 
Pipeline de 9 instruções e 4 estágios sem desvio. 
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
1 E1 E2 E3 E4 
2 E1 E2 E3 E4 
3 E1 E2 E3 E4 
4 E1 E2 E3 E4 
5 E1 E2 E3 E4 
6 E1 E2 E3 E4 
7 E1 E2 E3 E4 
8 E1 E2 E3 E4 
9 E1 E2 E3 E4 
 
Pipeline de 9 instruções e 4 estágios com desvio da instrução 2 para 63. 
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
1 E1 E2 E3 E4 - 
2 E1 E2 E3 E4 - 
3 E1 E2 | 
4 E1 | 
63 E1 E2 E3 E4 - 
64 E1 E2 E3 E4 - 
65 E1 E2 E3 E4 - 
66 E1 E2 E3 E4 - 
67 E1 E2 E3 E4 
 
Memória 
 
Memória é a capacidade de adquirir (aquisição), armazenar (consolidação) e 
recuperar (evocar) informações disponíveis, na computação é um componente 
cuja função é armazenar as informações que são (ou não) executadas por esse 
sistema. Em um sistema de computação não é possível construir e utilizar apenas 
um tipo de memória. A memória é um subsistema com vários tipos de memória 
em virtude outros fatores como custo, velocidade e tamanho.