ADD( LOAD B)

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UNIDADE PAULISTA 1
CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
FLUXO E PROCESSAMENTO DE DADOS:
x = A + B, -> INSTRUÇÃO: ADD SUB OPERAÇÃO(LOAD B)
 
FLUXO E PROCESSAMENTO DE DADOS:
x = A + B, -> INSTRUÇÃO: ADD (SUB-OPERAÇÃO LOAD B)
Trabalho apresentado como exigência parcial para a 
disciplina Fundamentos para Computação, do curso
Ciência da Computação da Universidade Anhembi 
Morumbi, sob a orientação do Prof. José Ernesto Araújo. 
SÃO PAULO
2021
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo trazer certa compreensão de como funciona uma CPU (Unidade Central de Processamento, em português) e o fluxo de dados e instruções que passam e são executados por ela. Para isso, em um computador, a CPU funciona como um cérebro, que comunica os outros componentes e faz com que, através de ciclos, os dados fornecidos pela memória sejam executados e funcionem da maneira que deveriam. Para explicar esse processo detalhadamente, o fluxo de dados na CPU será apresentado em etapas e servirá para representar a importância, tanto do processador, quanto da memória dentro dos computadores. Este trabalho foi produzido por meio de orientações do Prof. Dr. José Ernesto De Araújo Filho e da leitura do livro “Introdução à Organização de Computadores”, de Mario A. Monteiro.
Palavras-chave: Processador, Unidade Central de Processamento, fluxo de dados.
ABSTRACT
This assignment aims to bring a certain understanding of how a CPU (Central Processing Unit) works and the flow of data and instructions that pass and are executed by it. For this, in a computer, the CPU works like a brain, which communicates the other components and makes, through cycles, the data provided by the memory, are executed and work the way they should. To explain this process in detail, the data flow in the CPU will be presented in stages and will serve to represent the importance of both the processor and the memory inside the computers. This work was produced through the guidance of Prof. Dr. José Ernesto De Araújo Filho and reading the book “Introdução à Organização de Computadores”, by Mario A. Monteiro.
Key Words: Processor, Central Processing Unit, data flow.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO	6
CICLO DE INSTRUÇÕES NA CPU	7
SUB-OPERAÇÃO LOAD B	8
OPERAÇÃO ADD	12
SÍNTESE: OPERAÇÃO X = A + B	13
CONCLUSÃO	14
REFERÊNCIAS	15
INTRODUÇÃO
O trabalho a seguir tem como finalidade entender melhor o funcionamento da Unidade Central de Processamento (UCP, do inglês, CPU (Central Processing Unit)) do computador, o processamento e fluxo dos dados que passam pelo processador e memória respectivamente, com foco no funcionamento das instruções LOAD (do inglês, carregar) e ADD (do inglês, adicionar/somar). Ademais, procurar adquirir conhecimento sobre a Arquitetura do Computador, ou seja, os componentes e seus funcionamentos, não somente o processador, mas também a relação do Sistema como um todo, trabalhando de forma coordenada e organizada.
Esta apresentação também irá facilitar para aqueles que não estudam a área do trabalho visando simplificar o processo e o fluxo de dados no computador que é explicado simplificadamente, mas sem perder os detalhes, através de ilustrações contendo diagramas e fluxogramas.		
Foi solicitado pelo Professor Dr. Ernesto, explicar e detalhar o processamento da operação X = A + B, nas instruções LOAD B e ADD, e mostrar como o microprocessador ativa cada um dos componentes de maneira ordenada para que a operação seja concluída, dividindo os processos em passos e explicando detalhadamente cada um permitindo uma melhor compreensão da operação.
E para confirmar tal propósito o trabalho foi baseado no livro “Introdução à Organização de Computadores”, escrito por Mário A. Monteiro, o qual apresenta bons modelos de representação de fluxos e processamento de dados.
CICLO DE INSTRUÇÕES NA CPU
 Para realizarem uma operação, as instruções seguem um padrão dividido em dois ciclos:
 O Ciclo inicial é o de busca, onde a unidade de controle da Unidade de Controle (UC) busca na memória principal a instrução a ser interpretada, ativa o contador de instruções para que o endereço da instrução seja seguido e então, resumidamente, a instrução passa pelo decodificador, que decodifica o código da operação para que a operação seja executado.
E, o processo final do ciclo de instruções do microprocessador é onde ocorre a execução do código decodificado. Primeiramente, verifica-se a seguinte condição: há operando na instrução? Caso haja, ele é buscado na memória por seu endereço e armazenado em um dos registradores para que a próxima operação seja realizada.
A figura 1 mostra um fluxograma demonstrando estes dois ciclos.
Figura 1 - Diagrama do fluxo de processamento de dados
Fonte: Compilação do autor.
SUB-OPERAÇÃO LOAD B
Para que a operação Load seja compreendida pela máquina será necessário que seus passos sejam subdivididos em passos menores, para que assim esses passos fiquem o mais próximo o possível da linguagem padrão da CPU. Para a soma ser realizada, primeiramente uma sub-operação Load B deverá ser feita para carregar o segundo operando ao registrador B do ALU, e essa mesma operação pode ser quebrada em pequenos estágios que estão sendo retratados nas figuras 2 ao 5.
Figura 2 - Primeira parte do ciclo
Fonte: Compilação do autor.
17 ➜ A UC (Unidade de Controle) ativa o contador de instruções CI(Contador de instruções) para liberar o endereço da próxima instrução no barramento interno.
18 ➜ A UC ativa o MAR (Memory Address Register, ou em português, Registrador de Endereço) para receber o endereço da próxima instrução, que está no barramento interno da CPU.
19 ➜ A UC ativa o MAR para que seja enviado o endereço 03 para o barramento externo.
20 ➜ A UC ativa a memória para receber o endereço 03, enviado pelo barramento externo.
Figura 3 - Segunda parte do ciclo
Fonte: Compilação do autor.
21 ➜ A UC ativa a memória para lançar o conteúdo do endereço 03 no barramento externo.
22 ➜A UC ativa o MBR para receber a instrução 3B5 do barramento externo.
23 ➜A UC ativa o MBR para liberar a instrução 3B5 no barramento interno.
24 ➜A UC ativa o Registrador de instruções para obter a instrução 3B5 do barramento interno. A UC também envia um comando para incrementar o contador de instruções de 2 para 3.
Figura 4 - Terceira parte do ciclo
Fonte: Compilação do autor.
25 ➜ A UC ativa o decodificador para receber o código da operação (1) e liberar a instrução decodificada na UC, que permitirá a inicialização da sub-operação LOAD B 	
26 ➜ A UC ativa o Registrador de Instruções para lançar o B5 no barramento interno.
27 ➜ A UC ativa o MAR para receber o B5 do barramento interno.
28 ➜ A UC ativa o MAR para lançar o endereço B5 no barramento externo. 
Figura 5 - Quarta parte do ciclo
Fonte: Compilação do autor.
29 ➜	A UC ativa a memória para liberar o conteúdo do endereço B5 (07D) no barramento externo. 
30 ➜ A UC ativa o MBR para receber o conteúdo 07D do barramento externo.
31 ➜ A UC ativa o MBR para liberar o 07D no barramento interno
32 ➜ A UC ativa o registrador B para receber o 07D, fechando o ciclo da ub-operação LOAD B
OPERAÇÃO ADD
Com os valores armazenados nos registradores, a ALU irá utilizá-los para calcular a soma dos operandos. Isso pode ser visto nas figuras abaixo:
 
33 ➜ A UC ativa o registrador A, permitindo acesso ao operando 1A7 na ALU.
34 ➜ A UC ativa a ALU para receber o primeiro número que será somado(147).
35 ➜ A UC ativa o registrador B, permitindo acesso ao segundo número 07D na ALU.
36 ➜ A UC ativa a ALU para receber o segundo número que será somado(07D).
37 ➜ A UC ativa a ALU para concluir a soma entre o registrador A e o registrador B, que seria 1A7 + 07D, que resulta em 224.
38 ➜ A UC ativa a ALU para liberar o resultado 224 no barramento interno.
39 ➜ A UC ativa o registrador A para receber o resultado 224.
SÍNTESE: OPERAÇÃO X = A + B 
Conforme o fluxograma (Figura 2 à Figura 5), o ciclo do microprocessador inicia de um pulso do relógio (clock), direcionado à unidade decontrole (UC), que irá ativar os componentes do microprocessador e efetuar a instrução. 
Inicialmente, a Unidade de controle (UC) ativa o contador de instruções para disponibilizar o endereço da próxima instrução no barramento interno, depois, a UC ativa o MAR para receber o endereço da instrução que está no barramento interno. Após isto, a UC ativa o MAR para enviar o endereço ao barramento externo e ativa a memória para receber o endereço que foi liberado no barramento externo.
Havendo acionado o MAR para receber o endereço da instrução, ele enviará o endereço ao barramento externo. Ao receber o endereço a memória é novamente ativa, enviando o conteúdo do endereço ao barramento externo do registrador de dados da memória MBR (Memory Buffer Register, ou em português, Registrador de Dados). O MBR permite a visibilidade dos dados no barramento interno, acessado pelo o RI (Registrador de Instruções). Com a instrução no RI, o decodificador recebe o código de operação da instrução e o UC ativa o MBR para receber o conteúdo no endereço fornecido pela instrução no barramento externo, assim disponibilizando o conteúdo novamente no barramento interno. Por fim, a UC ativa o registrador A para receber os dados do barramento interno, completando o ciclo de uma instrução. Então, o Contador de Instruções permanece ativo para incrementar o endereço da próxima instrução.
No exemplo provido, o endereço da próxima instrução, contido no CI, é o endereço 03. A memória irá ler a memória neste endereço, correspondendo à “3B5”. O código de operação é de 1, LOAD (em português, carregar) que irá armazenar o dado no endereço da instrução “B5”, correspondendo à “07D”, no registrador B (barramento temporário).
CONCLUSÃO
Em suma, todos os integrantes do grupo revisaram e analisaram com cautela todas as informações e quesitos propostos para a realização do trabalho. Todas as informações sobre as instruções realizadas na CPU foram apresentadas, passo a passo, sobre o fluxo de dados no processador. Também foram apresentados diagramas e fluxogramas, que no geral, cumpriram os quesitos, os quais o grupo almejava. Assim, pode se dizer que o resultado do trabalho ficou apropriado e os objetivos ambicionados pelos integrantes do grupo foram alcançados ao facilitar o entendimento do tema para pessoas que não possuem conhecimento sobre tal assunto, ou até mesmo para aqueles que possuem alguma dúvida em específico.
 	Além disso, as referências e partes teóricas que utilizamos, disponibilizada pelo Prof. Dr. José Ernesto de Araújo Filho, foi de suma importância para a realização do trabalho, que se mostrou um grande projeto para a vida acadêmica de todos os integrantes do grupo, pois, ele se mostrou complexo no início, porém, valioso em seu resultado.
REFERÊNCIAS
MONTEIRO, Mário A., Introdução à Organização de Computadores, 4ª Ed. São Paulo: LTC, 2001.