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PROCESSADORES
Cristiano Pires Martins
INTRODUÇÃO
ž O processador é responsável pela
atividade-fim do sistema: computar,
calcular, processar;
ž Hoje:
— I7, da intel: mais de 700 milhões de
transistores.
ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DO
PROCESSADOR ž Processador =
CPU = Unidade
Central de
Processamento:
componente
vital de
computação;
ž Responsável
pela realização
de qualquer
ž Avanço da microeletrônica;
ž Espessura de um transistor: base da
evolução da velocidade, capacidade e
funcionalidade;
ž Miniaturização dos processadores;
ž Espessura de transistores:
— 0,09 mícron = 90 nanômetros
ž Equação de Einstein:
— Espaço = velocidade * tempo
Fatores de Sucesso
Lei de Moore afirma que os processadores deveriam dobrar a quantidade
interna de transistores anualmente. Depois passou para 2 anos.
Operações
ž O processador não somente realiza o
processamento (executa operações com
dados) como também controla todo o
funcionamento do sistema:
— Busca a descrição da operação;
— Interpreta o tipo da operação;
— Localiza e busca os dados.
Operações Primitivas
ž Somar, subtrair, multiplicar ou dividir
números (op. Aritméticas);
ž Mover um dado de um local de
armazenamento para o outro (op. de
movimentação de dados);
ž Transferir um valor (dado) para um
dispositivo de saída (op. de E/S).
Funções do Processador
Instrução de Máquina
ž Seqüência de 0s e 1s que formaliza uma
determinada operação a ser realizada
pelo processador;
ž É a identificação formal do tipo de
operação a ser realizado, um grupo de
bits que identifica a operação a ser
realizada e o outro grupo de bits que
permite a localização e o acesso aos
dados que serão manipulados.
Ciclo de Instrução Básico
Funções Realizadas pelos
ž Função de Processamento;
ž Função de Controle.
Áreas Funcionais
ž Processamento:
— Unidade Lógica e Aritmética;
— ACC e registradores de dados;
ž Controle:
— Unidade de Controle;
— Registrador de Instrução;
— Decodificador de Instrução;
— REM e RDM;
— Barramento interno.
Esquema Simplificado de uma CPU
Função Processamento
ž Realiza atividades relacionadas com a
efetiva execução de uma operação;
— Processar;
— Realizar um cálculo aritmético ou lógico.
Aula 07-oac-processadores
Elementos que contribuem para a
função de processamento
Unidade Aritmética e Lógica (UAL)
ž Dispositivo principal da função
processamento, o que efetivamente
realiza operações primitivas da máquina;
Aula 07-oac-processadores
Registradores de Dados
ž Ou registradores: servem para
armazenar dados (ou guardar
resultados), que serão usados pela UAL,
ou resultados parciais das operações.
Barramento Interno
ž Interligação entre os componentes =
data path.
Influência do Tamanho da Palavra
ž Um tamanho maior ou menor da palavra
acarreta diferenças acentuadas de
desempenho do processador;
ž Nos processadores antigos o BD externo
tinha uma largura igual ao da palavra;
ž Hoje, em função da cache L1 e L2, o
barramento tem largura maior que a
palavra.
Operação de Soma no Sistema 1
Operação de Soma no Sistema 2
Função de Controle
ž É exercida pelos componentes do
processamento que se encarregam das
atividades de busca, interpretação e
controle da execução das instruções, bem
como do controle da ação dos demais
componentes do sistema de computação
(memória, E/S)
Dispositivos Básicos da Área de
Controle
ž Unidade de Controle;
ž Relógio – clock;
ž Registrador de Instrução – RI;
ž Contador de Instrução;
ž Registrador de dados da memória –
RDM;
ž Registrador de endereço da memória –
REM.
Unidade de Controle
ž Dispositivo mais complexo do
processador;
ž Possui a lógica necessária para realizar
a movimentação de dados e instruções
de e para o processador;
ž Se conecta a todos os principais
elementos do processador e ao
barramento externo de controle;
Elementos que contribuem para
1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
8º
9º
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11º
Diagrama de Bloco Simplificado
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Relógio - Clock
ž É o dispositivo gerador de pulsos cuja
duração é chamado de ciclo;
ž Freqüência: quantidade de vezes que
um pulso se repete por segundo
ž Unidade: hertz (Hz);
ž Relógio: cristal de quartzo;
ž Ciclo de relógio ou de máquina: intervalo
entre um pulso e o início do seguinte.
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Período vs Freqüência
ž Freqüência é a quantidade de ciclos por
segundo de um relógio;
ž 1Hz = 1 ciclo/s
— 1000 Hz = 1kHz
— 1000 kHz = 1MHz
— 1000 MHz = 1GHz
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Instrução de Máquina
ž É a formalização de uma operação
básica que o hardware é capaz de
realizar diretamente;
ž Por exemplo: trazer uma pasta;
— Ser humano;
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ž X=A+B*C
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Projeto de um processador
ž É centrado no conjunto de instruções de
máquina que se deseja que ele execute;
ž A parte principal desse projeto é definir o
tamanho e a complexidade do conjunto de
instruções;
ž Quanto menor e mais simples o conjunto de
instruções, mais rápido é o ciclo e o tempo
do processador;
ž Porém é mais difícil transformar um
programa em uma linguagem de máquina.
Tecnologias do projeto de
ž Sistema com um conjunto complexo de
instruções (CISC);
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reduzidos (RISC);
Operações realizadas pela CPU
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Conjunto de Instruções
ž Todas as possíveis instruções que
podem ser interpretadas e executadas
pelo processador;
ž Exemplo:
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Formato das Instruções
ž Podemos separar o grupo de bits que
constitui uma instrução em duas partes:
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  • 2. INTRODUÇÃO ž O processador é responsável pela atividade-fim do sistema: computar, calcular, processar; ž Hoje: — I7, da intel: mais de 700 milhões de transistores.
  • 3. ORGANIZAÇÃO FUNCIONAL DO PROCESSADOR ž Processador = CPU = Unidade Central de Processamento: componente vital de computação; ž Responsável pela realização de qualquer
  • 4. ž Avanço da microeletrônica; ž Espessura de um transistor: base da evolução da velocidade, capacidade e funcionalidade; ž Miniaturização dos processadores; ž Espessura de transistores: — 0,09 mícron = 90 nanômetros ž Equação de Einstein: — Espaço = velocidade * tempo Fatores de Sucesso
  • 5. Lei de Moore afirma que os processadores deveriam dobrar a quantidade interna de transistores anualmente. Depois passou para 2 anos.
  • 6. Operações ž O processador não somente realiza o processamento (executa operações com dados) como também controla todo o funcionamento do sistema: — Busca a descrição da operação; — Interpreta o tipo da operação; — Localiza e busca os dados.
  • 7. Operações Primitivas ž Somar, subtrair, multiplicar ou dividir números (op. Aritméticas); ž Mover um dado de um local de armazenamento para o outro (op. de movimentação de dados); ž Transferir um valor (dado) para um dispositivo de saída (op. de E/S).
  • 9. Instrução de Máquina ž Seqüência de 0s e 1s que formaliza uma determinada operação a ser realizada pelo processador; ž É a identificação formal do tipo de operação a ser realizado, um grupo de bits que identifica a operação a ser realizada e o outro grupo de bits que permite a localização e o acesso aos dados que serão manipulados.
  • 11. Funções Realizadas pelos ž Função de Processamento; ž Função de Controle.
  • 12. Áreas Funcionais ž Processamento: — Unidade Lógica e Aritmética; — ACC e registradores de dados; ž Controle: — Unidade de Controle; — Registrador de Instrução; — Decodificador de Instrução; — REM e RDM; — Barramento interno.
  • 14. Função Processamento ž Realiza atividades relacionadas com a efetiva execução de uma operação; — Processar; — Realizar um cálculo aritmético ou lógico.
  • 16. Elementos que contribuem para a função de processamento
  • 17. Unidade Aritmética e Lógica (UAL) ž Dispositivo principal da função processamento, o que efetivamente realiza operações primitivas da máquina;
  • 19. Registradores de Dados ž Ou registradores: servem para armazenar dados (ou guardar resultados), que serão usados pela UAL, ou resultados parciais das operações.
  • 20. Barramento Interno ž Interligação entre os componentes = data path.
  • 21. Influência do Tamanho da Palavra ž Um tamanho maior ou menor da palavra acarreta diferenças acentuadas de desempenho do processador; ž Nos processadores antigos o BD externo tinha uma largura igual ao da palavra; ž Hoje, em função da cache L1 e L2, o barramento tem largura maior que a palavra.
  • 22. Operação de Soma no Sistema 1
  • 23. Operação de Soma no Sistema 2
  • 24. Função de Controle ž É exercida pelos componentes do processamento que se encarregam das atividades de busca, interpretação e controle da execução das instruções, bem como do controle da ação dos demais componentes do sistema de computação (memória, E/S)
  • 25. Dispositivos Básicos da Área de Controle ž Unidade de Controle; ž Relógio – clock; ž Registrador de Instrução – RI; ž Contador de Instrução; ž Registrador de dados da memória – RDM; ž Registrador de endereço da memória – REM.
  • 26. Unidade de Controle ž Dispositivo mais complexo do processador; ž Possui a lógica necessária para realizar a movimentação de dados e instruções de e para o processador; ž Se conecta a todos os principais elementos do processador e ao barramento externo de controle;
  • 27. Elementos que contribuem para 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º 11º
  • 28. Diagrama de Bloco Simplificado
  • 30. Relógio - Clock ž É o dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamado de ciclo; ž Freqüência: quantidade de vezes que um pulso se repete por segundo ž Unidade: hertz (Hz); ž Relógio: cristal de quartzo; ž Ciclo de relógio ou de máquina: intervalo entre um pulso e o início do seguinte.
  • 32. Período vs Freqüência ž Freqüência é a quantidade de ciclos por segundo de um relógio; ž 1Hz = 1 ciclo/s — 1000 Hz = 1kHz — 1000 kHz = 1MHz — 1000 MHz = 1GHz
  • 34. Instrução de Máquina ž É a formalização de uma operação básica que o hardware é capaz de realizar diretamente; ž Por exemplo: trazer uma pasta; — Ser humano; — Computador. ž X=A+B*C — T=B*C — X=A+T
  • 35. Projeto de um processador ž É centrado no conjunto de instruções de máquina que se deseja que ele execute; ž A parte principal desse projeto é definir o tamanho e a complexidade do conjunto de instruções; ž Quanto menor e mais simples o conjunto de instruções, mais rápido é o ciclo e o tempo do processador; ž Porém é mais difícil transformar um programa em uma linguagem de máquina.
  • 36. Tecnologias do projeto de ž Sistema com um conjunto complexo de instruções (CISC); ž Sistema com um conjunto de instruções reduzidos (RISC);
  • 37. Operações realizadas pela CPU ž Matemáticas; ž Movimentação de dados; ž Entrada e Saída; ž Controle.
  • 38. Conjunto de Instruções ž Todas as possíveis instruções que podem ser interpretadas e executadas pelo processador; ž Exemplo: — Intel 8080: 78 instruções; — Intel 8088: 117 instruções; — Intel 80486: 286 instruções; — Intel Pentium 4: 247 instruções;
  • 39. Formato das Instruções ž Podemos separar o grupo de bits que constitui uma instrução em duas partes: — Código da operação: o que é a instrução e como será executada; — Campo operando: os dados que serão manipulados nessa operação; Código de Operando Código de Operando 1 Código de Operando 1 Operando 2 Operando 2 Operando 3