5 7 Microprocessadores (B2)

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5.7 Microprocessadores 
• Descrever 
– Funções executadas e funcionamento geral de um 
microprocessador (CPU); 
 
– Funcionamento básico de cada um dos seguintes 
elementos de microprocessador: 
» unidade de controlo e processamento, 
» Relógio 
» Registo 
» unidade de aritmética lógica. 
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• Unidade de controlo 
– A unidade de controlo é responsável por organizar o fluxo 
ordenado de dados dentro do microprocessador, assim como 
gerar e responder a sinais do barramento de controlo. A 
unidade de controlo é também responsável pelo timing de 
todas as transferências de dados. Este processo é sincronizado 
utilizando uma fonte interna ou externa de relógio. 
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• Unidade de aritmética e lógica (ALU) 
– desempenha funções de cálculo lógico e aritmético. A ALU 
tem duas entradas (neste caso ambas de 8bit). Uma destas 
entradas está ligada ao acumulador enquanto a outra está 
ligada internamente ao barramento de dados por um registo 
temporário de dados. 
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• Unidade de aritmética e lógica (ALU) 
– As operações disponibilizadas pela ALU normalmente são a 
soma, subtracção, AND lógico, OR lógico, XOR lógico, 
deslocamento à esquerda (shift left), etc. O resultado das 
operações da ALU são disponibilizados no acumulador. 
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• Unidade de aritmética e lógica (ALU) 
– capaz de desempenhar funções de aritmética e lógica. 
Funciona com duas entradas e fornece uma saída com o 
resultado da operação executada. 
 
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• Unidade de aritmética e lógica (ALU) 
– O estado é actualizado no registo de estado sempre que um 
resultado nulo, negativo ou demasiado grande for detectado. 
Esta é uma propriedade muito útil, vejamos por exemplo um 
programa que necessite de repetir uma operação um 
indeterminado numero de vezes até o resultado final ser nulo. 
Sem a flag que indica um resultado nulo não haveria forma de 
fazer o programa repetir-se 
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• Registo de estado 
– O resultado de uma operação na ALU é por vezes importante 
na determinação de qual acção se irá desenrolar de seguida. 
O registo de estado contém um numero de bits individuais 
que são postos a nível alto ou nível baixo em função do 
funcionamento da ALU. Estes bits são designados por flags. As 
seguinte flags são exemplos típicos: 
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• Registo de estado 
– ZERO - fica 0 quando a operação na ALU devolve um valor zero 
– CARRY - fica 1 quando a operação na ALU tem um resultado 
com mais de um algarismo 
– INTERRUPT - fica 1 enquanto ocorre uma operação externa 
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• Registo de estado 
– Registador: 
• memória temporária existente dentro do CPU. 
Alguns registadores têm utilização específica: 
program counter register ou instruction register; 
 
 
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– Arquitetura interna de CPU de 8bit 
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• Acumulador 
– funciona como um registo de origem e destino para a maioria das 
operações de um processador. 
• Como registo de origem contém os dados que serão utilizados numa determinada 
operação, como registro de destino será utilizado apara armazenar os dados de uma 
determinada operação. 
– O acumulador (ou registo A) caracteriza um grande número de 
operações, consequentemente é mais referido que qualquer outro 
registo. 
 
 
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• Registro de instruções 
– Providencia um armazenamento temporário no qual a instrução actual do processador é 
mantida enquanto é descodificada. Instruções do programa são passadas ao 
microprocessador, uma de cada vez, pelo barramento de dados interno. 
 
– Na primeira parte de cada ciclo de máquina, a instrução é “agarrada” e descodificada. A 
instrução é executada no segundo (e seguintes) ciclos de máquina. Cada ciclo de 
máquina demora um tempo finito (normalmente menos de um 
microssegundo)dependendo da frequência do relógio (clock) do microprocessador. 
 
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• Barramento de dados (D0 a D7) 
– O barramento de dados externo é uma “via rápida” para 
dados que liga todos os compomentes do sistema (como 
RAM, ROM e I/O). Num sistema de 8bit, o barramento de 
dados tem 8 linhas de dados, identificadas D0 (LSB) a D7 
(MSB) e esses dados são movidos sempre em grupos de 8bit. 
 
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• Buffer do barramento de dados 
– O buffer é um registro temporário no qual os dados fluem de 
e para o microprocessador. 
– O buffer é então bidireccional com dados oriundos do cpu 
para operações de escrita e com destino ao cpu em operações 
de leitura. A direcção da transferência de dados é 
determinada pela unidade de controlo e depende de cada 
instrução do programa 
 
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• Barramento de dados interno 
• é um barramento de alta velocidade que liga todos os 
elementos internos do cpu. 
• os dados estão sempre em constante movimento em 
ambos os sentidos ao longo das linhas deste 
barramento. 
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• Registros genéricos 
– Muitas operações do CPU (+ de 2 números de 8bit) requerem 
a utilização de vários registros. Também há a necessidade de 
armazenar temporariamente o resultado da operação 
enquanto outras operações decorrem. 
– Ambas as necessidades podem ser resolvidas com a existência 
de um determinado numero de registros genéricos. A 
utilização destes registros é dependente do interesse do 
programador 
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• Ponteiro de pilha (Stack pointer) 
• Quando chega a altura de suspender uma determinada 
tarefa por forma a dar prioridade a uma tarefa breve, 
os microprocessadores fazem uso de uma região 
externa de memória RAM, chamada de pilha (stack). 
Quando o programa é interrompido, o 
microprocessador coloca na stack o conteúdo dos seus 
registos internos junto com o endereço da próxima 
instrução a executar do programa principal. Quando a 
tarefa breve é concluída e a interrupção é finalizada, o 
microprocessador recupera os dados anteriores que 
foram armazenados na stack. 
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• Ponteiro de pilha (Stack pointer) 
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• Ponteiro de instrução (Instruction Pointer) 
• Armazenando o endereço da próxima instrucção a ser 
executada o ponteiro de instrucção (ou program 
counter) permite ao microprocessador manter o rasto 
de que ponto do programa está a executar em qualquer 
instante. Este registo é automaticamente incrementado 
a cada instrução executada 
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• Ponteiro de instrução (Instruction Pointer) 
 
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• Buffer do barramento de endereçamento 
– Num processador simples, o buffer do barramento de 
endereços é unidireccional com endereços colocados no 
barramento de endereçamento durante processos de escrita e 
leitura. As linhas do barramento de endereçamento são 
marcadas A0 a A15, onde A0 é o LSB e A15 o MSB. 
– Em cada uma das localizações é possível armazenar 1 byte de 
dados. 
 
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• Barramento de controlo 
• O barramento de control é um conjunto de sinais de control 
utilizados para controlar e sinalizar a transferencia de dados no 
sistema e também permite a interacção com dispositivos externos. 
• Os sinais de controlo utilizados pelos microcontroladores tendem 
a diferir com diferentes tipos, no entanto os seguintes são 
comuns: 
– READ – quando o microprocessador está a efectuar uma operação de 
leitura 
– WRITE – quando o microprocessador está a efectuar uma operação de 
escrita 
– RESET – sinal que reinicia os registros internos e inicializa o ponteiro de 
instrução, reiniciando o programa 
– IRQ – sinal de requisição de interrupção externa, de forma a direccionar a 
“atenção” do processador 
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• Descodificador de instruções 
– É um arranjo de portas lógicas que actua nos bits 
armazenados no registro de instrução e determina qual 
instrução está a ser referenciada.O descodificador de 
instruções fornece sinais de saída para a unidade de controlo 
do cpu. 
 
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• Timing and controlo 
• parte integrante do CPU e executa as funções: 
– Coordenação do funcionamento interno do CPU; 
– Mantém o clock para os pulsos de temporização; 
– Controla a operação da ALU e dos registadores; 
– Fornece os pulsos read/write para as outras unidades via 
control bus 
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• Computador 
– Barramentos 
• Barramento de Dados 
– é onde apenas circulam dados, isto é, neste barramento só há 
dados a serem transferidos de um dispositivo para outro 
 
– Através deste canal o microprocessador recebe o conteúdo do 
registo seleccionado pelo barramento de endereços. Os 
barramentos interligam todos os componentes que tenham 
acesso aos dados. 
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• Computador 
– Barramentos 
• Barramento de Endereços 
– Neste barramento circulam os endereços dos dispositivos, aos 
quais os dados serão enviados 
 
– é responsável por informar qual será o destino dos dados a 
serem colocados no barramento de dados 
 
– O microprocessador consegue seleccionar registos externos 
situados na memória ou na unidade de entrada/saída 
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• Computador 
– Barramentos 
• Barramento de controlo 
– Controla a comunicação. 
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MEMORY
INPUT/OUTPUT
UNIT
CONTROL BUS
DATA BUS
CENTRAL
PROCESSING
UNIT
ADDRESS BUS
I/P
O/P
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• Relógio 
– O relógio num sistema computorizado é simplesmente um 
gerador de onda quadrada preciso e estável. Na maioria dos 
casos a frequência da onda quadrada é determinada 
utilizando um cristal. Um simples oscilador de 4MHZ de onda 
quadrada é mostrado na Figura. Note-se que um ciclo 
completo de relógio é chamado de estado T 
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• Relógio 
» A maioria dos microprocessadores utilizam fontes de 
relógio internas ligadas a cristais externos. Na Figura (a) 
um relógio externo é ligado a um microprocessador 
enquanto a Figura (b) tem um oscilador interno. 
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• Funcionamento de um microprocessador 
» A maioria das operações de um microprocessador 
envolve a movimentação de dados. Inclusive o código do 
programa tem de ser lido da memoria externa antes da 
sua execução. 
» O microprocessador desempenha uma sequencia 
continua de instruções e ciclos de execução. O acto de 
leitura do código de instrução (ou operando ou valor) da 
memoria envolve uma operação de leitura e a 
movimentação de dados do microprocessador para a 
memoria envolve uma operação de escrita 
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5.7 Microprocessadores 
• Funcionamento de um microprocessador 
– Cada ciclo de operação do CPU é conhecido como ciclo de 
máquina. Instruções do programa podem necessitar de vários 
ciclos máquina para serem executadas (normalmente entre 2 
e 5). O primeiro ciclo de máquina em qualquer ciclo consiste 
na leitura de uma instrução e conhecido como ciclo M1. Os 
ciclos seguintes M2, M3… dependem do tipo de instrução em 
execução. Este processo está demonstrado na Figura 
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• Funcionamento de um microprocessador 
– Os microprocessadores determinam a fonte e destino dos dados 
colocando um único endereço no barramento de endereçamento. O 
endereço no qual os dados são escritos ou de onde são lidos pode 
ser constituinte da memória do sistema ou estar associado a portas 
de entrada/saída (I/O). 
– Num microprocessador os dados são armazenados em diversos 
registos. Geralmente são capazes de armazenar grupos de 16 ou 32 
bit. 
– Alguns registos do microprocessador podem ser reclassificados como 
genéricos ou dedicados. 
– Um microprocessador de 8bit (o Zilog Z80) e a sua arquitectura de 
registos é demonstrada na Figura do próximo SLIDE. Note-se que este 
microprocessador tem 6 registos genéricos e cada um tem 8bit de 
comprimento. 
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• Funcionamento de um microprocessador 
 
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5.7 Microprocessadores 
• Ethernet – rede aeronáutica 
• Ethernet é uma arquitetura de interconexão para 
redes locais - Rede de Área Local (LAN) [rede 
privada] 
 
 
 
 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ethernet 
https://www.youtube.com/watch?v=jH5gOJvvCSQ 
https://www.youtube.com/watch?v=LN6LuhRYzuA 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ethernet
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ethernet
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ethernet
https://www.youtube.com/watch?v=jH5gOJvvCSQ
https://www.youtube.com/watch?v=LN6LuhRYzuA
5.7 Microprocessadores 
http://articles.sae.org/10234/ 
http://articles.sae.org/10234/
5.7 Microprocessadores 
• Nota: 
– No 5.4 - barramentos ficou por referir 
• CSDB e ASCB 
– Os standards CSDB e ASCB são propriedade da Collins e Honeywell respectivamente. 
Estes sistemas são comuns em jactos particulares e aviação geral. 
– O standard CSDB é um barramento unidireccional que permite a ligação de até 10 
receptores. A velocidade típica é de 12.5kbps e 50kbps. 
– O barramento ASCB é centralmente controlado e bidireccional. A configuração simples é 
composta por um controlador de barramento e dois barramentos isolados, cada um 
suporta até 48 receptores. 
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5.7 Microprocessadores 
• Resumo 
– Funções executadas e funcionamento geral de um 
microprocessador; 
 
– Funcionamento básico de cada um dos seguintes 
elementos de microprocessador: 
» unidade de controlo e processamento, 
» Relógio 
» Registo 
» unidade de aritmética lógica. 
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