Caminhos de Controle - Arquitetura e Organização de Computadores I

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Disciplina: Arquitetura e Organização de Computadores I 
1. Defina caminho de dados e de controle de um projeto de processador. 
Caminho de dados: é responsável pela passagem de dados e instruções em uma certa 
arquitetura. 
Controle: é responsável por selecionar as operações e controlar os fluxos de dados. 
2. A Figura 1 apresenta o Caminho de Dados com Controle Monociclo para uma versão 
simplificada do MIPS. Descreva cada um dos blocos principais que compõem a figura 1. 
Unidade memória: Armazenar as instruções de um programa e fornecer instruções dado um 
endereço. 
Registrador (PC): Contém o endereço da instrução atual. 
Somador: Incrementar o PC para o endereço da próxima instrução. 
Banco de Registradores: É uma coleção de registradores em que qualquer registrador pode ser 
lido ou escrito especificando o número do registrador no banco. O banco de registradores 
contém o estado dos registradores do computador. 
ALU: Manipular a instrução e cálculo de endereço. 
Memória de dado: Endereço, ler dado e escrever dado. 
Unidade de Controle: Ler entradas e gerar um sinal de escrita para cada elemento de estado. 
3. Considerando a Figura 1, descreva as funções dos sinais ALUSrc e ALUOp e apresente 
casos de uso. 
ALUsrc: O segundo operador da ULA vem dos bits da instrução, mas antes passam por sign-
extended. 
ALUOp: Sinal de controle de 2 bits, controlando o Controle ALU. 
4. Considerando a Figura 1, descreva a função de RegDst e apresente casos de uso. 
Inativo: O número do registrador destino para entrada Registrador para escrita vem do campo 
rt (bits 20:16). 
Ativo: O número do registrador destino para a entrada Registrador para escrita vem do campo 
rd (bits 15:11). 
5. Considerando a Figura 1, descreva a função do sinal MemtoReg e apresente casos de uso. 
Inativo: O valor enviado à entrada Dados para escrita do banco de registradores vem da ALU. 
Ativo: O valor enviado à entrada Dados para escrita do banco de registradores vem da 
memória de dados. 
6. Foi feita pelo professor. 
7. Discuta as vantagens e desvantagens de uma implementação de Controle Monociclo. 
Vantagens: Simplicidade de implementação, Datapath e Controle. 
Desvantagens: Custo de hardware, mais lento que a multiciclo, não permite fazer pipeline. 
8. Conforme discutido em aula, a Figura 2 apresenta o Caminho de Dados com Controle 
Multiciclo para uma versão simplificada do MIPS. Baseando-se nas Figuras 1 e 2, discuta as 
principais modificações realizadas no Caminho de Dados. 
Multiplexador para escolha entre 3 fontes de atualização: PC + 4, jump, branch. 
9. Disserte sobre as implementações de Controle Monociclo e Multiciclo com relação a 
estratégia de representação utilizada em cada caso. 
Controle Monociclo é totalmente combinacional, gerar sinais de controle; 
Controle Multiciclo é determinado a partir de uma máquina de estados finitos, fazer cada 
etapa durar um ciclo e equilibrar o trabalho das etapas. 
10. Considerando a Figura 2, discuta a inserção dos registradores A, B, MDR, IR e ALUOut 
Entre cada etapa da implementação existe a presença de registradores, permitindo uma etapa 
com ciclos diferentes de clock. 
MDR e IR: Um registrador para instruções (IR) e outro para dados (MDR). 
2. 11. Descreva cada uma das etapas de execução de uma instrução, de acordo com o caminho 
dedados multiciclo. 
Busca Instrução e Atualiza PC 
▪ Endereço de memória contido no PC é lido; 
▪ Instrução é escrita no IR; 
▪ PC é incrementado em 4; 
Decodifica e Lê Registradores 
▪ Ler registradores rs e escrever em A; 
▪ Ler registradores rt colocar e escrever em B; 
▪ Calcular endereço destino do branch e escrever em ALUOut; 
▪ Se instrução não for aritmética/logica ou branch, estas ações não prejudicam o 
funcionamento da CPU; 
Opera com ALU – Dado ou endereço 
▪ Lê registrador A; 
▪ Dependendo da instrução, executa diferentes ações com ALU; 
▪ Branch e Jump completados; 
Acessa a memória 
▪ Instruções aritmética/lógicas e SW são completadas; 
▪ Aritmética/lógica escrevem no registrador; 
▪ LW: dado da memória armazenado no endereço ALUOut é carregado em MDR; 
Escreve em Registrador 
▪ Neste ciclo, instrução LW é completada; 
▪ Dado do MDR é escrito em um registrador do banco de registradores; 
▪ LW é instrução mais lenta. 
3. 12. Considerando a Figura 2, descreva a função do multiplexador conectado ao sinal IorD e 
apresente casos de uso. 
Serve para escolher qual dos dois tipos de endereço vai ser realizado, instrução ou dados. 
13. Considerando a Figura 2, descreva a função dos sinais ALUSrcA e apresente os casos de 
uso. 
Inativo: O primeiro operando da ULA é o PC. 
Ativo: O primeiro operando da ULA vem do Registrador A. 
14. Considerando a Figura 2, descreva a função dos sinais ALUSrcB e apresente os casos de 
uso. 
 
4. 15. Discuta as vantagens e desvantagens de uma implementação de Controle Multiciclo. 
Vantagens: Executar instruções em quantidades diferentes de período de clock, rapidez, 
custo de hardware, permite pipeline. 
Desvantagens: Complexidade, é preciso que uma instrução seja totalmente processada 
para que a próxima instrução comece sua execução. 
 
5. 16. Disserte sobre as alternativas de implementação do controle multiciclo: Portas Lógicas, 
PLA e ROM. 
ROM: Codificação direta dos próximos estados e saídas.; 
PLA: Atribuição de estatísticas orientadas, troca de códigos e otimização com base no 
gráfico de resultados; 
Portas Lógicas: Através de um circuito sequencial. 
 
6. 17. Explique a estratégia de controle baseada em Micro programação 
Maneira estruturada de desenvolver um bloco de controle complexo, cada instrução é 
implementada via conjunto de micro operações. 
7. 18. Discuta as vantagens e desvantagens de uma estratégia com Controle Micro 
programado. 
Vantagens: Implementação simples, podendo implementar instruções complexas, também é 
possível alterar as micro operações, ou seja, adicionando novas instruções. 
Desvantagens: Execução lenta 
8. 19. Projete usando apenas blocos o caminho de dados de uma arquitetura RISC multiciclo 
para implementar uma instrução ADD com 2 operandos. 
 
 
 
20. Foi feita pelo professor em aula