Processadores_Igor_Dantas

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Microprocessadores
Prof. Igor Dantas
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Processador
Qualquer sistema que transforma produtos ou informações e gera novos produtos ou informações
Exemplos: 
Processador de Alimentos
Máquina de lavar
Máquina de Costurar
Máquina de Babagge
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Processador Eletrônico
Qualquer sistema que transforma informações em forma de sinais eletrônicos e gera resultados processados no mesmo formato
Podem ser analógicos ou digitais
Antes usava válvulas, agora transistores
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Microprocessador
Processador eletrônico que todos os componentes são colocados em um único chip
Em geral, utilizam transistores
É o elemento principal no circuito microprocessado
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Primeiro Microprocessador
Intel 4004
Em 1969 a japonesa Busicom, pediu algo assim para a Intel
O microprocessador Intel 4004 foi lançado em 1971
Operações de 4 bits
45 instruções
Podia executar até 100 mil instruções por segundo
Microcomputador MCS-4 baseado no 4004
Fonte: http://www.brew-wood.co.uk/computers/4004_history.htm
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Sistema Microprocessado
O microprocessador (CPU) é onde tudo acontece em um sistema microprocessado
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Sistemas Microprocessados
Sistema digital organizado para:
Processar informações;
Ser reprogramável;
Enviar e receber dados.
Dispositivos de
Entrada/Saída
Barramento de Endereço
Barramento de dados
Barramento de controle
CPU
Memória:
Dados
Programa
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O Que Faz o Microprocessador?
O microprocessador ou unidade central de processamento (CPU) controla a operação do computador e realiza suas funções de processamento de dados [Stallings 2010].
Microprocessor
ou
CPU
Dados de Entrada
Dados de Saída
Software
Clock
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O que é o software?
Sequência de instruções a serem seguidas na manipulação de informações.
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O que é uma Instrução?
Mínima Operação realizada pelo µP
Cada instrução contêm:
- As origens dos dados que devem ser processados
- O tipo de operação
- O destino do resultado obtido após a operação
O tamanho pode ser fixo ou variável dependo do processador
Os tamanhos podem variar de 1 a vários bytes
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Instrução
Mínima Operação realizada pelo µP
A operação do processador é determinada pelas instruções que ele executa
Cada instrução contém:
A origem dos dados;
O tipo de operação;
O destino do resultado.
O conjunto de instruções é a coleção de diferentes instruções que um processador pode executar
SUB $23, $5, $12
00000000101011001011100000100010
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Conjunto de Instruções 
MIPS R3000 (simplificado)
Lógicas e Aritméticas
ADDI, ADDIU, ADD, ADDU, SUB, SUBU, DIV, DIVU, MULT, MULTU 
AND, ANDI, OR, XOR, NOR,ORI, XORI
SLTI, SLTIU, SLT, SLTU, SLL, SRL, SRA, SLLV, SRLV, SRAV
Saltos Condicionais e Incondicionais
BEQ, BNE, BLEZ, BGTZ, BLTZ, BGEZ, BLTZAL, BGEZAL 
J, JAL, JALR, JR
Movimentação de Dados
LBU, LHU, LW, LB, LH, SB, SH, SW
MTHI, MTLO, MTC0, MFC0, LUI, MFHI, MFLO
Chamadas de Sistema
SYSCALL, BREAK
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Exemplo: Instruções do MIPS
3 tipos de formato
Formatos com tamanho fixo de 32 bits
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Conjunto de Instruções: 
Uma Interface Crítica
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 Programa em Linguagem de Alto-Nível
Programa em Linguagem de Montagem
 Programa em Linguagem de Máquina 
 Especificação do controle de sinais
Compilador
Montador ou Assembler
Interpretação da Máquina
x = (a+b)‏
x = x – (c+d)‏
lw	$15,	0($2)‏
lw	$16,	4($2)‏
sw	$16,	0($2)‏
sw	$15,	4($2)‏
0000 1001 1100 0110 1010 1111 0101 1000
1010 1111 0101 1000 0000 1001 1100 0110 
1100 0110 1010 1111 0101 1000 0000 1001 
0101 1000 0000 1001 1100 0110 1010 1111 
°
°
ALUOP[0:3] <= InstReg[9:11] & MASK
Descendo o Nível
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Ciclo de Instrução
Buscar
Executar
Instrução
Instrução
Resultado
Novo Endereço
Espera
Espera
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Operações do Processador
- Processador-Memória
- Processador-E/S
- Processamento de Dados
- Controle
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Estrutura Interna do Microprocessador
Unidade de
Controle
Unidade Lógica
e Aritmética
Registradores
Internos
Unidade de Controle:
Realiza decodificação e controla fluxo de execução das instruções.
Unidade Lógica Aritmética: Realização as operações lógicas e aritméticas.
Registradores:
Células de armazenamento temporário de informações.
Instruções
Dados
Dados
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Unidade Lógica e Aritmética
A ULA é responsável pelas seguintes tarefas:
- Operações lógicas: AND, OR, XOR etc;
- Comparações: Igual, diferente, maior que, menor que etc
- Adição, subtração, multiplicação, divisão etc
- Rotações à esquerda e à direita;
É quem realmente faz o trabalho pesado no processador!
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Unidade de Controle
A UC é responsável por controlar e gerenciar a sincronização das transferências de dados e instruções que são manipuladas pelo processador. 
Todas as origens e destinos de dados são definidos pela UC
As ações da ULA são definidas pela UC
Suas decisões são baseadas nas instruções recebidas e no estado atual do microprocessador
Ex: A ULA deve pegar o valor do registrador A o valor do registrador B, somar e armazenar o resultado no registrador C
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Registradores
Espaço de armazenamento temporário (e rápido) para os cálculos do processador
 
Alguns são dedicados a armazenar o estado atual do processador
São poucos e armazenam poucos bits cada
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Categorias de Registradores
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Registradores Visíveis
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Registradores de Controle e de Estado
 Palavra de Status do Programa (PSW):
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Exemplos de Conjunto de Registradores
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Exemplos de Conjunto de Registradores
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