ORGANIZACAO_COMPUTADORES_APP05

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THALES LIMA
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Instruções e dados na memória
Instruções do programa A
Instruções do programa B
Dados temporários usados pelo 
programa B em execução
Dados do programa B em execução
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Ciclo de uma Instrução
Na maioria dos casos, a próxima instrução é a que segue imediatamente a instrução corrente. Nesses casos, a instrução não inclui uma referência explícita para a próxima instrução. 
Quando é necessário, a instrução deve fornecer um endereço de memória principal.
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Estados de um Ciclo de Instrução
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Estados de um Ciclo de Execução
CARACTERÍSTICAS DE INSTRUÇÕES DE MÁQUINA
A operação de uma CPU é determinada pelas instruções que ela executa, conhecidas como instruções de máquina. A coleção de diferentes instruções que a CPU é capaz de executar é conhecida como conjunto de instruções da CPU.
Elementos de Instruções de Máquina
Cada instrução deve conter toda a informação necessária para que a CPU possa executá-la. 
• Código de operação: especifica a operação a ser efetuada (por exemplo, ADD, E/S). A operação é especificada por um código binário, conhecido como código de operação.
• Referência a operando fonte: a operação pode envolver um ou mais operandos fonte, ou seja, operandos que constituem dados de entrada para a operação.
• Referência a operando de destino: a operação pode produzir um resultado.
ADD R1, R2
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Representação de Instruções
Internamente, cada instrução de um computador é representada como uma seqüência de bits. 
Uma instrução é dividida em campos, correspondentes aos elementos da instrução. 
Na maioria dos conjuntos de instruções, é usado mais de um formato de instrução. Durante a execução, uma instrução é lida em um registrador de instruções (IR) da CPU. A CPU deve ser capaz de extrair os dados dos vários campos da instrução e efetuar a operação requerida.
Formato de instrução simples
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Tipos de Operação
O número de códigos de operação distintos varia muito de máquina para máquina. Entretanto, o mesmo conjunto de classes de operações é encontrado em todas as máquinas. 
Uma classificação típica dessas operações é descrita a seguir:
• Operações de transferência de dados
• Operações aritméticas
• Operações lógicas
• Operações de conversão
• Operações de E/S
• Operações de controle de sistema
• Operações de transferência de controle
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Modos de Endereçamento
Direto
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Modos de Endereçamento
Pilha
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Número de Endereços Contidos nas Instruções
Utilização de endereços em instruções (exceto instruções de desvio) 
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Operação Básica Sobre uma Pilha
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Exemplo de Execução um Trecho de Programa
Considere um exemplo simples, que utiliza uma máquina hipotética com os formatos de instrução do slide seguinte. 
0 processador possui apenas um registrador de armazenamento de dados, denominado acumulador (AC). 
Instruções e dados têm, ambos, tamanho de 16 bits. É conveniente, portanto, organizar a memória em palavras de 16 bits. 
O formato das instruções contém 4 bits para o código de operação, podendo existir, assim, 24 = 16 códigos de operação distintos e até 212 = 4.096 (4K) palavras de memória que podem ser endereçadas diretamente.
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Máquina Hipotética
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Exemplo de execução de um trecho de programa
NOTAÇÃO EM HEXADECIMAL
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Representação de Instruções
É difícil para o programador lidar com representações binárias de instruções de máquina. Por isso, tomou-se prática comum usar uma representação simbólica para instruções de máquina.
Os códigos de operação são representados por “abreviações”, chamadas mnemônicos, que indicam a operação a ser efetuada. 
Alguns exemplos comuns são:
 ADD Adição
 SUB Subtração
 MPY Multiplicação
 DIV Divisão
 LOAD Carregar dados da memória
 STOR Armazenar dados na memória
Os operandos são também representados de maneira simbólica. Por exemplo, a instrução ADD R,Y pode significar adicionar o valor contido na posição Y com o conteúdo do registrador R. 
Nesse exemplo, Y é um endereço de uma posição de memória e R indica um registrador particular. Note que a operação é feita sobre o conteúdo da posição de memória, e não sobre seu endereço.
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Tipos de operação
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O Processador (CPU)
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A CPU e o barramento de sistema
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Unidade de controle
Um programa é constituído de uma seqüência de passos. A cada passo, alguma operação lógica ou aritmética é executada sobre algum dado. 
Cada código corresponde a uma instrução; uma parte do hardware interpreta essas instruções e gera os sinais de controle correspondentes.
Unidade de controle
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Registradores
Os registradores da CPU têm duas funções:
• Registradores visíveis para o usuário: possibilitam ao programador de linguagem de montagem ou de máquina minimizar referências à memória, pela otimização do uso de registradores.
• Registradores de controle e de estado: são usados pela unidade de controle para controlar a operação da CPU e por programas privilegiados do sistema operacional para controlar a execução de programas.
Não existe uma separação clara entre os registradores dessas duas categorias. 
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Registradores
Registradores visíveis para o usuário
Um registrador visível para o usuário é aquele que pode ser referenciado pela linguagem de máquina que a CPU executa. 
Esses registradores podem ser classificados nas seguintes categorias:
• Registradores de propósito geral
• Registradores de dados
• Registradores de endereço
• Registradores de códigos de condição.
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Os circuitos dos processadores são formados por transistores microscópicos. A cada dois anos, aproximadamente, os fabricantes de processadores adotam métodos de fabricação que resultam em transistores 30% menores
Ao lado vemos o circuito interno de um Pentium 4. Tem cerca de 1 centímetro de lado, mas em seu interior existem mais de 50 milhões de transistores. 
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Processadores
Aumento da velocidade dos processadores
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Todo processador tem duas velocidades:
Clock interno: Velocidade de execução de programas
Clock externo: Velocidade de acesso à memória e outras partes do computador.
Exemplo:
Pentium 4 de 2,8 GHz
Clock interno: 2,8 GHz Clock externo: 800 MHz
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