Processador: Ciclo de Instruções, Interrupções e Pipeline

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ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
Aula 8 – Processador 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
ESTRUTURA DA DISCIPLINA 
AULA 1 – Fundamentos 
AULA 2 – Sistemas de Numeração 
AULA 3 – Representação de dados 
AULA 4 – Lógica Digital 
AULA 5 – Álgebra Booleana 
AULA 6 – Modelo de Von Neumann 
AULA 7 – Conjunto de Instruções 
AULA 8 – Processador 
AULA 9 – Memória 
AULA 10 – Dispositivos de Entrada e Saída 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
Conteúdo Programático AULA 8 
 Procedimentos de inicialização 
 
 Ciclo de instruções 
 
 Interrupções 
 
 Pipeline 
 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
Procedimento de bootstrap 
 
Energia 
Registradores inicializados 
Executa instrução em CS:IP  BIOS 
 
 POST 
 
 BIOS SETUP 
 
 Carga do S.O. 
 
COMO TUDO COMEÇA? 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
Buscar os operandos 
Decodificar operação 
 
Buscar uma instrução na 
memória 
 
1 
2 
3 
Reiniciar o ciclo 
 
Guardar o resultado 
(se for o caso) 
 
 
Executar a operação 
 
4 
5 
6 
Parada Início 
Busca da 
próxima 
instrução 
Executa 
instrução 
Ciclo de Instruções 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
CONTROLE 
Busca, interpretação e 
controle de execução das 
instruções 
• Unidade de controle 
• Registrador de instruções (IR) 
• Decodificador de instruções 
• Contador de instruções (PC) 
• Reg. End. Memória (REM) 
• Reg. Dados Memória (RDM) 
Funções do Processador 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
CONTROLE 
Busca, interpretação e 
controle de execução das 
instruções 
• Unidade de controle 
• Registrador de instruções (IR) 
• Decodificador de instruções 
• Contador de instruções (PC) 
• Reg. End. Memória (REM) 
• Reg. Dados Memória (RDM) 
Funções do Processador 
PROCESSAMENTO 
Operações aritméticas, 
operações lógicas, 
movimento de dados, desvios 
e operações de entrada ou 
saída 
• UAL (ALU) 
• Acumulador (ACC) 
• Registradores de dados 
• Registrador de estado (PSW) 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
INTERRUPÇÕES 
 HARDWARE SOFTWARE 
DISPOSITIVO ATIVA INTERRUPÇÃO 
PROCESSADOR TERMINA 
INSTRUÇÃO CORRENTE 
PROCESSADOR RECONHECE SINAL 
PROCESSADOR COLOCA PSW E PC 
NA PILHA 
PROCESSAOR CARREGA NOVO PC 
SALVA REGISTRADORES 
PROCESSA INTERRUPÇÃO 
RESTAURA REGISTRADORES 
RESTAURA PSW E PC 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
PIPELINE 
Imagine uma linha de montagem de veículos: 
1. Montar chassis CARRO1 1h 
2. Colocar motor e pneus CARRO1 1h 
3. Prender carroceria CARRO1 1h 
4. Realizar acabamento CARRO1 1h 
 
A cada 4h sai um carro pronto! 
 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
PIPELINE 
Imagine uma linha de montagem de veículos: 
1. Montar chassis CARRO1 1h 
2. Colocar motor e pneus CARRO1 1h 
3. Prender carroceria CARRO1 1h 
4. Realizar acabamento CARRO1 1h 
A cada 4h sairá um carro pronto! 
 
Mas se... 
1. Montar chassis CARRO 4 1h 
2. Colocar motor e pneus CARRO3 1h 
3. Prender carroceria CARRO2 1h 
4. Realizar acabamento CARRO1 1h 
 A cada 1h sairá um carro pronto! 
(depois do primeiro) 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
primeira 
instrução 
PIPELINE 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
EXEMPLO 
Considerando um processador com pipeline de 5 níveis 
calcule quantos ciclos serão necessários para a execução 
de 9 instruções, considerando que cada estágio do pipe 
utiliza um ciclo de processamento. Compare com a 
mesma execução sem pipeline. 
 
 
 
AULA 8 – PROCESSADOR 
ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
EXEMPLO 
Considerando um processador com pipeline de 5 níveis 
calcule quantos ciclos serão necessários para a execução 
de 9 instruções, considerando que cada estágio do pipe 
utiliza um ciclo de processamento. Compare com a 
mesma execução sem pipeline. 
 
 
 
Sem pipeline: 
 Tempo de cada instrução: 5 ciclos 
 Total = 9 x 5 ciclos = 45 ciclos 
Com pipeline: 
 primeira instrução : 5 ciclos 
 demais: 8 x 1 ciclo = 8 ciclos 
 Total: 5 + 8 = 13 ciclos 
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1) Intel® Core™ i7-990X processor Extreme Edition 
3.46 GHz core speed 
Up to 3.73 GHz with Intel® Turbo Boost Technology 
12 MB Intel® Smart Cache 
32nm manufacturing process technology 
6 cores and 12 processing threads with Intel® Hyper-Threading Technology 
3 Channels DDR3 1066 MHz memory 
 
(http://ark.intel.com/Product.aspx?id=52585) 
Alguns modelos 
2) A Apple utiliza o A4, que recentemente foi substituído 
pelo A5, no iPad 2. Apresenta a integração dos 
processamentos de instruções e de vídeo em um único 
processador. Ele é dual-core e promete uma performance 
até DUAS vezes mais rápida do que o seu antecessor em uso 
comum e NOVE vezes mais rápido em processamento gráfico 
 
(http://www.techzine.com.br/arquivo/ipad-2-anunciado/) 
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3) A briga pelos processadores da plataforma dos 
smartphones será acirrada. A ARM entra com tudo e lança o 
Cortex de dois núcleos, que irá atender aos aparelhos 
Optimus 3D, da LG, e o Galaxy S II, da Samsung. 
 
(http://www.arm.com/markets/mobile/smartphones.php) 
4) Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts 
(MIT) acreditam que os processadores feitos com grafeno 
podem atingir a frequência de 1 THz. 
Para se ter uma ideia, os chips atuais chegam a, no 
máximo, 5 GHz. 
 
(http://info.abril.com.br/noticias/tecnologia-pessoal/chip-de-
grafeno-pode-chegar-a-1-thz-diz-mit-29032009-4.shl) 
Alguns modelos 
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ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
Exercícios 
1. São funções da unidade de controle e da unidade lógico aritmética, 
respectivamente: 
a) operações lógicas e operações matemáticas 
b) operações matemáticas e decodificação de instruções 
c) busca e decodificação de instruções 
d) busca de instruções e operações matemáticas 
 
2. Interrupções são: 
a) tratadas em parte pelo processador e em parte pelo sistema 
operacional 
b) provocadas pelo sistema operacional 
c) tratada somente pelo processador 
d) tratadas pelo sistema operacional 
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ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
Exercícios 
1. São funções da unidade de controle e da unidade lógico aritmética, 
respectivamente: 
a) operações lógicas e operações matemáticas 
b) operações matemáticas e decodificação de instruções 
c) busca e decodificação de instruções 
d) busca de instruções e operações matemáticas 
 
2. Interrupções são: 
a) tratadas em parte pelo processador e em parte pelo sistema 
operacional 
b) provocadas pelo sistema operacional 
c) tratada somente pelo processador 
d) tratadas pelo sistema operacional 
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ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
RESUMINDO 
• Bootstrap é o processo de inicialização de um 
computador 
 
• As instruções são executadas em etapas formando o ciclo 
de execução de uma instrução. 
 
•Interrupções são mecanismos de hardware que permitem a 
implementação de sistemas multitarefa, 
 
• Processadores modernos possuem estrutura de pipeline 
permitindo a execução simultânea de instruções de uma 
mesma tarefa.