Unidade Central de Processamento

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UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (UCP) 
 Como vimos, o programa é constituído de instruções de máquina que são 
armazenadas de forma seqüencial em células sucessivas da memória, juntamente com dados 
eventualmente necessários à execução do mesmo. O ciclo de funcionamento realizado pela 
UCP para executar um programa possui os seguintes passos: 
 - uma instrução é lida da memória para dentro da UCP; 
 - a UCP interpreta qual é a instrução, decodificando o significado a partir de 
informações contidas na própria instrução. Essa etapa permite identificar se a instrução é uma 
soma, uma movimentação de dados, um desvio de fluxo, etc.; 
 - eventuais dados necessários à execução da instrução são localizados onde 
estiverem na memória, e trazidos para dentro da UCP; 
 - a instrução é efetivamente executada e os resultados (se houver algum) são 
guardados no local (posição de memória ou registrador) definido pela própria instrução; e 
 - a próxima instrução é apanhada e o ciclo volta ao primeiro passo. 
 Essas etapas constituem o ciclo de instrução da máquina. O ciclo se repete 
indefinidamente, até que ocorra uma instrução de parada, um erro, ou o sistema seja 
desligado.O fluxo básico do ciclo de instrução pode ser definido como: 
 Nesse ciclo, podemos identificar duas atividades principais da UCP: controle e 
processamento. Na atividade de controle são gerados todos os sinais para sincronizar os 
diversos componentes em que se divide a UCP, a memória e demais dispositivos do sistema. 
Na atividade de processamento, a operação matemática, lógica ou de desvio da instrução é 
efetivamente executada. 
Para que possamos compreender melhor o modo de funcionamento da UCP, vamos examinar 
o seguinte diagrama esquemático: 
 
 Esse diagrama foi inspirado nas funções mínimas de uma UCP, ou seja, uma UCP real 
possui alguns outros componentes. Estes, entretanto, são os elementos fundamentais para que 
se possa compreender o ciclo de operação da máquina. Ainda nessa linha de simplificação, é 
bom ressaltar que as operações que serão a seguir explicadas, são relatadas como um 
processo serial, isto é, cada pequena atividade do ciclo da instrução é descrita como se fosse 
realizada em seqüência à atividade anterior. Modernos processadores possuem algum 
paralelismo (pipeline) na decodificação e execução das instruções (as tarefas são tratadas 
como atividades de uma linha de produção de automóveis, por exemplo). Para efeito de 
aprendizado, entretanto, vamos desconsiderar esse paralelismo. 
 O processamento é a atividade fim do sistema. Processar um dado é executar sobre o 
dado algum tipo de ação que produza um resultado. As principais ações que podem ser 
executadas sobre um dado são: operações aritméticas (soma, subtração, multiplicação, 
divisão); operações lógicas (e, ou, ou exclusivo, etc.); movimentação de dados 
(memória/memória, memória/registradores, registradores/registradores); desvios no fluxo de 
execução das instruções; e, operações de entrada e saída. 
 Dentro da UCP, o dispositivo principal da atividade de processamento é a Unidade 
Aritmética e Lógica (UAL). Os registradores também estão relacionados com essa atividade, já 
que armazenam os dados que são usados pela UAL. A interligação entre UAL e registradores é 
feita pelo barramento interno da UCP. 
 A UAL é um aglomerado de circuitos lógicos e componentes eletrônicos que, 
integrados, realizam as seguintes operações (algumas com um outras com dois operadores): 
soma; subtração; multiplicação; divisão; E; OU; XOU; complemento; deslocamento à direita; 
deslocamento à esquerda; incremento; e, decremento. 
 Para que os dados possam ser operados pela UAL, eles devem antes ser 
armazenados nos registradores. Também o resultado da operação deve ser armazenado em 
um registrador, antes que seja enviado à memória ou seja usado em uma outra instrução. Para 
tanto, a UCP é fabricada com um determinado número de registradores, alguns de propósito 
geral (para qualquer tipo de dado) outros mais específicos para algum tipo de dado (registros 
de indexação, por exemplo). Os registradores nada mais são que células de memória que 
ficam dentro da UCP e são implementados com tecnologia que permite tempo de acesso muito 
rápido. O acumulador (ACC) é um registrador especial que, em algumas máquinas, é usado 
pela UAL como elemento de ligação com os demais dispositivos da UCP. 
 Além dos registradores de dados, existem registradores que estão diretamente 
envolvidos com a tarefa de processamento, mas que são necessários para o carregamento da 
instrução ou para controlar a seqüência de operação. Esses registradores são: o Contador de 
instruções (CI); o Registrador de Instrução (RI); o Registrador de Endereços de Memória 
(REM); e, o Registrador de Dados de Memória (RDM). 
 O Registrador de Dados de Memória é um registrador que armazena temporariamente 
a informação que está sendo transferida da Memória Principal (MP) para a UCP (em uma 
operação de leitura) ou da UCP para memória (em uma operação de escrita). Em seguida o 
dado é transferido para outro elemento da UCP, para processamento (no caso da leitura) ou 
para uma célula da memória (no caso da escrita). 
 O Registrador de Endereços de Memória é um registrador que armazena 
temporariamente o endereço de acesso a uma determinada posição de memória, ao se iniciar 
uma operação de leitura ou de escrita. Em seguida, o referido endereço é encaminhado à área 
de controle da memória para decodificação e localização da célula desejada. 
 O Registrador de Instruções tem a função de armazenar a instrução que acabou de 
ser carregada e está pronta para ser decodificada e executada. Ao se iniciar o ciclo de 
instrução, a Unidade de Controle (UC) emite um sinal de controle que acarreta a execução de 
um ciclo de leitura para buscar a instrução na memória que, via barramento de dados e RDM, é 
armazenada no RI. 
 O endereço onde a instrução foi buscada é dado pelo Contador de Instruções que é, 
portanto, um registrador que contém sempre o endereço da próxima instrução a executar. Tão 
logo a instrução esteja carregada no RI, o sistema providencia a modificação do conteúdo do 
CI, de forma a que ele passe a armazenar o endereço da próxima instrução na seqüência. 
Caso a instrução contenha algum desvio de fluxo, o novo endereço será armazenado no CI 
após a decodificação da instrução. 
 Cada instrução é uma ordem para que a UCP realize uma determinada operação. 
Como são muitas instruções, cada uma possui uma identificação própria e única. O 
Decodificador de Instruções é o dispositivo que identifica qual é a instrução carregada no RI e, 
partir disso, informa a Unidade de Controle . 
 A Unidade de Controle é o dispositivo que dá o seqüenciamento de toda a operação da 
UCP. É ela que determina quando e qual registrador ou outro dispositivo (UAL, por exemplo), 
deve receber ou fornecer um dado. Essa seqüência de fluxo de dados dentro da UCP é 
característica para cada uma das instruções e é conhecida como microinstrução. A execução 
de uma instrução de máquina pode requerer várias microinstruções de controle dos 
dispositivos internos da UCP. Ao programa que contém as várias microinstruções para 
execução de uma instrução de máquina, chamamos microprograma. Uma UCP que se utiliza 
deste recurso é uma UCP microprogramada. 
 O intervalo entre cada um dos passos da seqüência de execução de uma instrução é 
dado pelo Relógio. Este dispositivo, portanto, apenas fornece uma base de tempo cíclica para 
temporização das operações. Cada intervalo desses é conhecido como ciclo de relógio ou ciclo 
de máquina.