Arquitetura de Computadores: Barramentos e instruções

Barramentos e instruçõesBarramentos e instruções
Prof. Alex Dias Camargo
alexcamargo@ifsul.edu.br
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
SUL-RIO-GRANDENSE
CAMPUS BAGÉ
ARQUITETURA DE COMPUTADORES

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I. Plano de aula
Na aula anterior foi visto:
 Estrutura e funcionamento interno da CPU
 Principais tendências de projeto de CPUs
ARQ – Barramentos e instruções

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I. Plano de aula
Nesta aula será apresentado:
 Barramentos
 Busca e execução de instruções
ARQ - Barramentos e instruções

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1. Introdução
Os principais componentes do sistema de computação
(processador, memória principal, módulos de E/S) precisam
ser interconectados a fim de trocar dados e sinais de controle.
 O meio de interconexão mais popular é o uso de um
barramento do sistema compartilhado, consistindo em
múltiplas linhas.

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1. Introdução
Figura. Sinais de controle: abordagens de hardware e software

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1. Introdução
Figura. Componentes do computador: visão de alto nível

7
1. Introdução
Figura. Hierarquia de barramentos

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1. Introdução
Os principais componentes do sistema de computação
(processador, memória principal, módulos de E/S) precisam
ser interconectados a fim de trocar dados e sinais de controle.
 O meio de interconexão mais popular é o uso de um
barramento do sistema compartilhado, consistindo em
múltiplas linhas.
 Os principais elementos de projeto para os barramentos
incluem:
 Arbitração: permissão para enviar sinais nas linhas do
barramento;
 Temporização: sinais sincronizados com um clock central ou
com base na transmissão mais recente;
 Largura: número de linhas de endereço e número de linhas de
dados.

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1. Introdução
Figura. Definição de barramento e taxa de transferência

10
1. Introdução
Figura. Principais barramentos de um computador: ISA (Industry Standard Architecture)

11
1. Introdução
Figura. Barramentos de um computador: PCI (Peripheral Component Interconnect)

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1. Introdução
Figura. Barramentos de um computador: ISA versus PCI

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1. Introdução
Figura. Barramentos de um computador: AGP (Accelerated Graphics Port)

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1. Introdução
Figura. Barramentos de um computador: PCI Express

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1. Introdução
Figura. Barramentos de um computador: USB (Universal Serial Bus)

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1. Introdução
Figura. Barramentos de um computador: USB (Universal Serial Bus)

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2. Exercícios
1. Faça o relacionamento a seguir:
a. Registrador de endereçamento de memória.
b. Processador.
c. Local onde se armazena dados de leitura e escrita.
d. Arquitetura que utiliza o conceito de programa armazenado.
e. É utilizado para interligar os componentes de Von Neumann.
f. Registrador de endereço de E/S.
g. Registrador temporário de dados de E/S.
( ) Modelo de Von Neumann.
( ) Utiliza, basicamente, dois registradores para trocar dados com a
memória.
( ) Contém o endereço a ser usado para a próxima instrução de leitura e
escrita.
( ) Memória principal.
( ) Utilizado para trocar dados entre o módulo de E/S e a CPU.
( ) Barramento.
( ) Especifica um determinado dispositivo de E/S.

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2. Exercícios
2. Os padrões de barramento USB possuem velocidades que
variam entre 1,5 Mbps e 4,8 Gbps, porém os cabos utilizados não
podem ultrapassar cinco metros de comprimento.
( ) Errado
( ) Certo
3. A largura física do barramento de dados tem impacto direto
sobre o desempenho do sistema, pois, usando os recursos de
endereçamento e de compactação, quanto mais estreito o
barramento de dados, maior será o número de bits transferidos de
cada vez.
( ) Errado
( ) Certo

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2. Exercícios
4. O tempo de transferência de dados entre a unidade central de
processamento e a memória principal é determinado pela
quantidade de bits transferidos.
( ) Errado
( ) Certo
5. O barramento do sistema é usado para conectar os
componentes principais do computador, como processador,
memória e dispositivos de entrada/saída (E/S). Em geral, o sistema
dispõe de barramentos de dados, de endereços e de controle.
( ) Errado
( ) Certo

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3. Busca e execução de instruções
A função básica de um computador é executar um programa, que é
constituído por um conjunto de instruções armazenadas na
memória. Basicamente, existem 2 ciclos de instruções:
 Ciclo de busca: processador lê instruções na memória;
 Ciclo de execução: o processador executa cada uma,
podendo envolver diversas operações.
 A execução do programa só termina: se a máquina for
desligada, se houver algum erro irrecuperável ou se for
encontrada uma instrução que interrompa o computador.

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Figura. Ciclo de instrução básico
Leitura Execução

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A arquitetura proposta por Von Neumann usa o conceito de
programa armazenado. Com isso, no início de cada ciclo de
instrução, o processador busca uma instrução na memória.
 Program Counter (PC): registrador usado para guardar o
endereço da próxima instrução a ser buscada na memória.
Ex.: busca no local 300, 301, 302.. etc.

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Incremento
Acesso
sequencial
End. de
memória

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A arquitetura proposta por Von Neumann usa o conceito de
programa armazenado. Com isso, no início de cada ciclo de
instrução, o processador busca uma instrução na memória.
 Program Counter (PC): registrador usado para guardar o
endereço da próxima instrução a ser buscada na memória.
Ex.: busca no local 300, 301, 302.. etc.
 Instruction Register (IR): a instrução buscada na memória é
carregada num registrador conhecido como registrador de
instruções.

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Incremento
Acesso
sequencial
End. de
memória
Registro

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Figura. Exemplo de execução de programa (conteúdo em hexadecimal)
Acumulador:
armazena os
resultados de
uma operação
aritmética
Instruções
Dados
Fim do ciclo

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Praticamente todos os computadores oferecem mecanismos pelos
quais outros módulos (E/S, memória) podem interromper o
processamento normal do processador.
 Visa melhorar a eficiência de processamento.
 A maioria dos dispositivos externos são muito mais lentos do
que o processador.
 O processador pode estar engajado na execução de outras
instruções enquanto uma operação de E/S está em andamento.

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Figura. Ciclo de instrução com interrupções

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Tabela. Classes de interrupções

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4. Exercícios
1. Faça o relacionamento a seguir:
a. Ciclo de instrução.
b. Ciclo de busca e Ciclo de execução.
c. Interrupção de E/S.
d. Interrupções.
e. Contador de programa.
f. Registrador de instruções.
g. Ações de controle.
( ) Gerada por um controlador de E/S para sinalizar a conclusão de uma
operação.
( ) Guarda o endereço da próxima instrução a ser buscada na memória.
( ) Armazena uma instrução buscada na memória.
( ) Principais passos para o processamento de instruções.
( ) Podem informar, por exemplo, que a sequência de execução das
instruções seja alterada.
( ) Todo processamento necessário para o ciclo de execução.
( ) Alternativa válida para evitar o desperdício de tempo do processador.

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4. Exercícios
2. Uma CPU executa cada instrução em uma série de pequenas
etapas, que costuma ser denominada ciclo:
( ) buscar-decodificar-executar.
( ) identificar-processar-entregar.
( ) carregar-processar-armazenar.
( ) carregar-compilar-executar.
( ) interpretar-compilar-executar.
3. Por meio do mecanismo de interrupções oferecido pelos
computadores, um módulo, como, por exemplo, a memória, pode
interromper o processamento normal do processador.
( ) Errado
( ) Certo

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4. Exercícios
4. As operações aritméticas e lógicas realizadas no computador
ficam gravadas no hardware da unidade lógica e aritmética (ULA).
( ) Errado
( ) Certo
5. Em uma unidade central de processamento, o registrador cuja
função principal é indicar a próxima instrução a ser buscada para
execução é denominado:
( ) registrador de instrução (IR).
( ) acumulador (AX).
( ) registrador de base (BX).
( ) registrador de contadores (CX).
( ) contador de programa (PC).

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4. Exercícios
6. Explique o que é o ciclo de uma instrução.
7. Explique como um programa é executado pelo computador.
8. Uma instrução de comparação de valores em uma linguagem de
programação exige que seja avaliado um ou mais bits presentes
em uma célula de memória. O componente responsável por avaliar
o conteúdo desta célula de memória para esta operação é:
( ) memória secundária.
( ) memória principal.
( ) CPU.
( ) registrador.
( ) barramento de memória.

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4. Exercícios
9. Também chamado de contador do programa (program counter),
o apontador de instruções é um registrador que tem por função:
( ) armazenar a instrução que está sendo executada.
( ) manter atualizado o endereço de memória da próxima instrução
que deve ser executada.
( ) armazenar códigos de condição gerados pela unidade lógica e
aritmética.
( ) indicar ao computador que sequência de operações ele deve
realizar.
( ) armazenar o endereço da última instrução executada.

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4. Exercícios
10. A máquina proposta por John Von Newmann conta com o
componente Unidade Aritmética e Lógica (ULA), cujos dados, após
processados:
( ) podem ser armazenados diretamente na memória principal ou
enviados para um dispositivo de saída.
( ) são armazenados unicamente na memória principal.
( ) são armazenados, exclusivamente, na memória cache L1.
( ) podem ser distribuídos nos diversos acumuladores existentes
na máquina.
( ) não têm outro destino de armazenamento senão os
registradores.

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Referências básicas
STALLINGS, William. Arquitetura e Organização de
Computadores. 8.ed. São Paulo: Prentice Hall, 2010.

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