Aulas 04 e 05 - Microprocesadores e Álgebra Booleana

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Poços de CaldasUnifal
MicroprocessadoresMicroprocessadores
Prof. Osvaldo A. de Carvalho Junior
Unifal Poços de Caldas
Objetivo
• Abordagem sobre o microprocessador
• Conhecimentos fundamentais sobre a 
CPU 
• Conhecer arquiteturas diferentes
Unifal Poços de Caldas
CPU (Central Processing Unit)
• Trabalha diretamente com a memória 
principal
• Instruções em linguagem de máquina da 
CPU
• CPU processa por meio do ciclo 
busca-execução regulado pelo clock
Unifal Poços de Caldas
Ciclo de clock
• Buscar (copia) instrução na memória
• Executar aquela instrução
• Buscar a instrução seguinte
• Executar a instrução seguinte
• E assim por diante (milhões de vezes por 
segundo).
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Clock (Relógio)
• Gerador de pulsos (duração um ciclo)
• Frequência do clock (quantidade de 
pulsos)
• Hertz(Hz) – 1 ciclo por segundo
• 2 GHz – 2 Bilhões de ciclos / segundo
• Duração do ciclo é inverso da frequência, 
então, cada ciclo é 1/2.000.000.000 = 
0,0000000005 segundos = 0,0005 μs = 
0,5 nanos
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Instruções
• Instruções em linguagem de máquina são 
primitivas. Por exemplo:
– Ler(copiar) conteúdo no registrador
– Comparar duas informações
– Adicionar ou Subtrair 2 números
– Escrever palavras na memória ou dispositivo 
de saída
• Essas etapas compõem o que se 
denomina ciclo de instrução.
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Atividades da CPU
• Podem ser divididas em duas grandes 
categorias funcionais:
– Função Processamento
• Encarrega-se de Processar
• Principal componente: ULA ou UAL ou ALU 
(Unidade Lógica e Aritmética)
• Demais componentes: registradores (armazena)
• Interligação ULA e Registradores: Barramento
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ULA (Unidade Lógica e Aritmética)
• Responsável 
pela execução 
das operações 
matemáticas 
(Componentes 
Lógicos)
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UC (Unidade de Controle)
• Mais complexo da CPU
• Responsável pela movimentação dos 
dados e instruções
• Sinais de controle em tempo programado 
para ULA
• Recebe instruções da unidade de I/O e 
converte em um formato inteligível pela 
ULA.
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Registradores
• Memória pequena e rápida 
• Armazenar informações que serão 
passadas para a ULA
• Armazenar resultado da ULA 
– Utilizar mais adiante
– Transferido para a memória
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RI (Registrador de Instrução)
• Armazenar a instrução a ser executada 
pela CPU
• Como acontece?
– Inicia ciclo de instrução
– A UC(Unid. Controle) emite sinal de controle
– Busca a instrução na memória
– Armazena no RI via barramento de dados
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Interrupções
• Sinais digitais com diversas finalidades
• Barramento de controle possui diversos 
desse sinais, por exemplo:
– INT – dispositivos externos possam 
interromper o processador
– NMI – Usada em emergências e não 
mascarável (atendido imediatamente) ao 
contrário da INT. (erro memória)
– INTA (interrupt Acknowledge) – indicação da 
aceitação da interrupção pelo processador
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Pipeline
• Instruções por ciclo são sequenciais
• Técnica utilizada para reduzir o tempo de 
processamento de uma instrução
• Premissas básicas:
– Divisão do processo (estágios de realização 
independentes)
– Novo processo inicia a execução depois do anterior 
concluir sua execução
• + estágios = + superposição = + velocidade
• Exemplo: Fábrica de carros
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Execução Paralela de Instruções
• Para construir computadores + rápidos 
tem-se vários problemas (calor e valor)
• As máquinas paralelas são divididas em 3 
categorias (Flynn, in: Monteiro,1995)
– SISD – Single (Von Neumman)
– SIMD – S/M (previsão do tempo – mesmo 
cálculo com dados diferentes)
– MIMD – Multiple (Cluster ou Grade 
Computacional)
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Pesquisinha :)
• Quais são os 3 supercomputadores top no 
mundo atualmente? Quais são suas 
características?
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Portas Lógicas e Álgebra Portas Lógicas e Álgebra 
BooleanaBooleana
Prof. Osvaldo A. de Carvalho Junior
Aula Baseada no material do Dr. Neil Paiva Tizzo
Unifal Poços de Caldas
Portas Lógicas e 
Álgebra Booleana
• Objetivos
– Desenhar o símbolo lógico de cada porta
– Escrever a expressão Booleana de saída de 
cada porta
– Construir a tabela-verdade de cada porta
– Determinar a saída de cada porta, e as 
supostas entradas
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Introdução
• Uma ação está certa ou errada? 
• Um motivo é bom ou mal? 
• Grande parte do nosso pensamento 
envolve a tentativa de encontrar respostas 
a questões de dois valores, como estas. A 
lógica de dois estados é como um 
processo algébrico dirigindo o 
pensamento.
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Introdução - Continuação
• Augustus De Morgan chegou perto da 
descoberta do elo entre a lógica e a matemática. 
• Mas foi George Boole (1854) quem reuniu tudo. 
• Em 1938, Shannon aplicou a nova álgebra aos 
circuitos de chaveamento de telefonia. 
• Graças ao trabalho de Shannon, os engenheiros 
logo perceberam que a álgebra poderia ser 
usada para analizar e projetar circuitos de 
computador.
Unifal Poços de Caldas
O que são Portas
• Álgebra Booleana: álgebra usada para expressar 
a saída em função das entradas
• Na álgebra booleana, uma expressão pode ser 0 
ou 1. Para os circuitos digitais, isto significa que 
um sinal pode ser alto ou baixo.
• Portas são circuitos utilizados para combinar 
níveis lógicos digitais (0 ou 1) de uma forma 
específica.
• Portas básicas: NOT, OR, AND, NAND e NOR.
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Entrada Saída
A Y
0 1
1 0
NOT - INVERSOR
Y = A
A Y
Representação:
Equação:
Tabela Verdade:
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OR - OU
Representação:
Y = A + BEquação:
Tabela Verdade:
YB A
Entrada Saída
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
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AND - E
Representação:
Y = A . BEquação:
Tabela Verdade:
YB A
Entrada Saída
A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
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NAND - NÃO E
Representação:
Tabela Verdade:
YB A
Entrada Saída
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Y = A . BEquação:
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NOR - NÃO OU
Representação:
Tabela Verdade:
YB A
Entrada Saída
A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Y = A + BEquação:
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XOR – EXCLUSE OR
Representação:
Tabela Verdade:
YB
A
Entrada Saída
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Y = A ⊕ BEquação:
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Postulados Básicos
• Lei de Comutatividade
A · B = B · A A + B = B + A 
• Lei de Distributividade
A · (B + C) = (A · B) + (A · C)
A + (B · C) = (A + B) · (A + C)
• Elemento Identidade
1 · A = A 0 + A = A
• Elemento Inverso
A · Ā = 0 A + Ā = 1
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Outras Identidades
0 · A = 0 
1 + A = 1
A · A = A A + A = A
• Leis de associatividade
A · (B · C) = (A · B) · C
A + (B + C) = (A + B) + C
• Teorema de DeMorgan
 ____ _ _ ____ _ _ 
A · B = A + B A + B = A · B
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Exemplo Simplificação
(A + B) = A . B
= A . B
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Exercícios
1) Qual a equação do circuito abaixo?
Unifal Poços de Caldas
Exercícios - Continuação
2) Qual o circuito e a equação que 
representa a tabela verdade abaixo?
Entrada Saída
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Unifal Poços de Caldas
Exercícios - Continuação
3) Simplifique o circuito abaixo:
Unifal Poços de Caldas
Exercícios - Continuação
4) Qual a equação e a tabela verdade do 
circuito abaixo?
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5) Qual o circuito da equação: Y = (AB) + 
(CD)?
6) Qual a tabela verdade daequação 
acima?
7) Qual o circuito da equação: Y = (ABC) + 
(ABC)?
8) Qual a tabela verdade da equação 
acima?
Exercícios - Continuação
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