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Sobre aula 1
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em todos os seus microprocessadores o co-
processador matemático.
Memórias
• RAM (Randon Access Memory): volátil
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dinâmica
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leitura
• Firmware: softwares armazenados na ROM
– BIOS: Basic Input/Output System
– POST: Power-On Self Test
– Setup: Configuração
BIOS
Ensina o processador a trabalhar com os
periféricos mais básicos do sistema, tais
como os circuitos de apoio, a unidade de
disquete e o vídeo em modo texto.
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apoio da placa-mãe
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rápido que a RAM:
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espere o tempo necessário para que a RAM
possa receber novos dados.
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quantidade de memória RAM de alto
desempenho, chamada de memória estática.
CACHE
BARRAMENTO LOCAL -FSB
• É o caminho do processador com a
memória e o circuito de apoio chamado
ponte norte
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circulam
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como, por exemplo, se a operação é de leitura
ou escrita.
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• O processador comunica-se com periféricos
através de outros barramentos:
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dentro do computador
Reset
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são executadas
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uma área distinta e independente, chamada área de I/O.
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• Responsáveis por auxiliar o processador no
gerenciamento do micro
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Controlador de Interrupçoes
• Controlador de interrupções
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para que ele pare de executar as tarefas que estiver executando
naquele determinado momento para atender ao periférico que
pediu tal interrupção
Quadro de interrupções
Porta IDE secundáriaIRQ15
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Mouse de barramento (bus mouse, mouse PS/2)IRQ12
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(Normalmente disponível)IRQ10
Interface de vídeoIRQ9
Relógio de tempo real (conectado ao chipset)IRQ8
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Unidade de disqueteIRQ6
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Acesso Direto à Memória (DMA)
• Acesso direto à memória (DMA)
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conhecimento do processador.
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rápido que o DMA padrão
Arquitetura aberta
• Qualquer fabricante poderia desenvolver
micros e periféricos desse padrão
Placa mãe, slots
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PCI
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Slots
ISA
Slots
para
RAM
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para cpu
Instruções x86
• x86 é o nome da parte principal do conjunto
de instruções que as CPUs conseguem
interpretar.
• As instruções x86 são mais conhecidas
pelos seus mneumônicos:
– ADD – adição
– MOV – mover dados para os registradores
• As instruções x86 são convertidas em
pequenas ordens chamadas micro-
operadores (uops).
x86: Assembler x86
• Mesmo assembler ainda não é
compreendido pela CPU.
• O barramento frontal – FSB só compreende
bits.
– as vias elétricas só conseguem sinalizar zeros e
uns lógicos definidos por níveis de tensão.
– o que corre no FSB é o que chamamos de
linguagem de máquina
O que ocorre no FSB
A sequência
B8 85 FA em hexadecimal
é equivalente a um
mov ax, FA85
carregar o acumulador (registrador) com o valor
FA85, sendo que
B8 é o código da instrução mov ax
ALU
• O poder das ALUs vem aumentando a cada
geração, mas mesmo assim sua generalidade de
uso é incapaz de oferecer boa performance para
operações mais exigentes, como aquelas que
envolvem dados de ponto flutuante.
• Por software é possível fazer a ALU entregar os
mesmos resultados de uma FPU, mas será
necessário um tempo enorme de processamento
FPU
• 386 DX (1985) e 486 DX (1989) foram as
primeiras CPUs a incorporar uma FPU
• Instruções x87: instruções que operam com
ponto flutuante
– Exemplo: FADD é a instrução equivalente da
ADD para ponto flutuante.
– Normalmente x86 e x87 caminham juntas.
Sobre outras unidades de execução:
MMX
• MMX: MultiMedia eXtensions
• Desenvolvida pela INTEL
• Introduzidas entre o fim de 1986 e começo de 1987.
• 57 novas instruções
• MMX não operam com dados do tipo ponto flutuante:
são nada mais do que ALU (sem a parte lógica)
anabolizadas.
• Tipicamente, uma instrução MMX pode fornecer 4
resultados num único ciclo de clock: pelo menos 4 vezes
mais volume do que uma instrução x86 equivalente.
3DNow!
• Lançado pela AMD
• Permitem o processamento de dados do tipo
ponto flutuante com precisão simples sem
seguir as regras do IEEE.
SSE
• Até o Pentium III a Intel ficou apenas com
as MMX
• Com o Pentium III estrelaram as ISSE
(Internet Streaming SIMD Extensions)
depois conhecidas como SSE
• Com 70 novas instruções
• Às vezes aparece MMX+, que são as
instruções MMX mais as SSE
Enhanced 3DNow!
• Somam 45 novas instruções:
– 21 herdadas da primeira edição 3DNow!
– das 24 novas:
• 19 constituem as chamadas MMX+
• outras 5 funções especiais DSP (Digital Signal
Processing) e úteis para soft-modens, codificação de
MP3 e áudio em geral.
SSE2
• Com 144 novas instruções que se somam às
70 originais
• Pentium 4 foi a primeira a reconhecê-las
Instruções do tipo SIMD
• SIMD: Single Instruction Multiple Data
• MMX, 3DNow! e SSE são todas instruções
do tipo SIMD
• Uma instrução faz operação em vários
dados.
Diagrama simplificado de um
processador
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DNow!
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Arquitetura de uma placa mãe
soquete 7
Processo Microeletrônico
• Você verá inúmeras vezes, principalmente em relação a
novos processadores, referências à tecnologia empregada
na construção da pastilha de silício, ou seja, à distância das
trilhas que compõem a pastilha de silício, dada em mícron
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Pentium IV
0,25 μmPentium III (katamai)
0,18 μmPentium III (coppermine)
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• Os elétrons chegam ao destino em menos
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Estrutura dos Micros Padrão PC

  • 1.
  • 3. Sobre aula 1 • Números binários e hexadecimais • Dispositivos digitais e analógicos • Circuitos integrados • Estrutura dos micros padrão PC • Micros de arquitetura aberta vs. fechada • Processadores • Co-processadores • Memória • Chipsets • Chipsets • Barramento • Reset • Clock • Slots de expansão • Interrupções • Acesso Direto à Memória • Endereços de I/O • Flat Cable • Jumpers e switches
  • 4. Estrutura dos micros do padrão PC
  • 5. PROCESSADOR • CPU: Central Processing Unit ou UCP – Unidade Central de Processamento. • Toda programação é feita através de instruções. • Todo microprocessador tem um conjunto de instruções • Toda CPU tem pelo menos duas partes básicas OU duas centrais básicas chamadas de unidades de execução: – UNIDADE DE CONTROLE – UNIDADE LÓGICO-ARITMÉTICA
  • 6. Unidade de controle • Coordena todas as atividades do computador. • Contém o conjunto de instruções, que é uma lista de todas as operações que a CPU é capaz de executar. • Cada instrução é acompanhada de um microcódigo – instruções bem básicas que dizem à CPU como executar a instrução. • Compatibilidade ascendente: CPUs mais novas também rodam programas feitos para CPUs mais antigas.
  • 7. Pode-se considerar o processador em si, como um grande conjunto que possui regras muito bem conhecidas de operação para que se obtenham determinados resultados.
  • 8. Unidade lógica e aritmética • Conhecida por ALU – Arithmetic Logic Unit ou ULA – Unidade Lógica e Aritmética. • Possui conjuntos especializados para somar, subtrair, multiplicar, enfim, circuitos capazes de realizar operações aritméticas e lógicas com dados representados na forma de números inteiros.
  • 9. Co-processador • Co-processador é um microprocessador utilizado para alguma tarefa especifica • Co-processador aritmético chamado por vezes de FPU – Floating Point Unit (Unidade de Ponto Flutuante) • A partir de 486 DX a Intel passou a embutir em todos os seus microprocessadores o co- processador matemático.
  • 10. Memórias • RAM (Randon Access Memory): volátil – O circuito da RAM recebe o nome de memória dinâmica • ROM (Read-Only Memory): memória apenas de leitura • Firmware: softwares armazenados na ROM – BIOS: Basic Input/Output System – POST: Power-On Self Test – Setup: Configuração
  • 11. BIOS Ensina o processador a trabalhar com os periféricos mais básicos do sistema, tais como os circuitos de apoio, a unidade de disquete e o vídeo em modo texto.
  • 12. POST • Inicializa todos os circuitos periféricos de apoio da placa-mãe • Inicializa o vídeo • Testa a memória • Testa o teclado • Carrega o sistema operacional na memória • Entrega o controle do processador ao sistema operacional
  • 13. SETUP Programa de configuração do hardware do computador
  • 14. • O processador consegue ser bem mais rápido que a RAM: – Uma saída é fazer com que o processador espere o tempo necessário para que a RAM possa receber novos dados. – A outra, mais inteligente: utilizar uma pequena quantidade de memória RAM de alto desempenho, chamada de memória estática. CACHE
  • 15. BARRAMENTO LOCAL -FSB • É o caminho do processador com a memória e o circuito de apoio chamado ponte norte – Barramento de dados: é por onde os dados circulam – Barramento de endereços: é por onde a informação de endereço é fornecida – Barramento de controle: informações adicionais como, por exemplo, se a operação é de leitura ou escrita.
  • 16. BARRAMENTO I/O • O processador comunica-se com periféricos através de outros barramentos: – Barramentos PCI/ISA
  • 17. CLOCK • Responsável pelo sincronismo e harmonia dentro do computador
  • 18. Reset • Duas maneiras de se reinicializar o micro: – Chave RESET • Efetuado por hardware – Ctrl+Alt+Del • Efetuado por software • Por esta opção algumas sub-rotinas do POST não são executadas • Em geral o POST começa a partir do passo “Carregar o sistema operacional para a memória”
  • 19. Memória de massa • Disquetes – 3 ½” capacidade 1.44 Mbytes • Discos rígidos – HD • CD-ROMs • Fitas magnéticas
  • 20. Dispositivos de Entrada e Saída • Endereços I/O – O processador comunica-se com os dispositivos de I/O através de uma área distinta e independente, chamada área de I/O.
  • 21. Circuitos de Apoio • Responsáveis por auxiliar o processador no gerenciamento do micro • Chipsets: ponte norte e ponte sul
  • 22. Controlador de Interrupçoes • Controlador de interrupções – Um pedido de interrupção é um que fazemos ao microprocessador para que ele pare de executar as tarefas que estiver executando naquele determinado momento para atender ao periférico que pediu tal interrupção
  • 23. Quadro de interrupções Porta IDE secundáriaIRQ15 Porta IDE primáriaIRQ14 Co-processador matemático (conectado ao chipset)IRQ13 Mouse de barramento (bus mouse, mouse PS/2)IRQ12 (Normalmente disponível)IRQ11 (Normalmente disponível)IRQ10 Interface de vídeoIRQ9 Relógio de tempo real (conectado ao chipset)IRQ8 Porta paralelaIRQ7 Unidade de disqueteIRQ6 Placa de somIRQ5 COM1 e COM3 (comunicação serial)IRQ4 COM2 e COM4 (comunicação serial)IRQ3 Conexão em cascata (conectado ao chipset)IRQ2 Teclado (conectado ao chipset)IRQ1 Temporizador da placa mãe (conectado ao chipset)IRQ0
  • 24. Acesso Direto à Memória (DMA) • Acesso direto à memória (DMA) – O DMA permite a transferência de dados para a memória sem o conhecimento do processador. – O barramento PCI emprega o bus mastering, que é muito mais rápido que o DMA padrão
  • 25. Arquitetura aberta • Qualquer fabricante poderia desenvolver micros e periféricos desse padrão
  • 27. Instruções x86 • x86 é o nome da parte principal do conjunto de instruções que as CPUs conseguem interpretar. • As instruções x86 são mais conhecidas pelos seus mneumônicos: – ADD – adição – MOV – mover dados para os registradores • As instruções x86 são convertidas em pequenas ordens chamadas micro- operadores (uops).
  • 28. x86: Assembler x86 • Mesmo assembler ainda não é compreendido pela CPU. • O barramento frontal – FSB só compreende bits. – as vias elétricas só conseguem sinalizar zeros e uns lógicos definidos por níveis de tensão. – o que corre no FSB é o que chamamos de linguagem de máquina
  • 29. O que ocorre no FSB A sequência B8 85 FA em hexadecimal é equivalente a um mov ax, FA85 carregar o acumulador (registrador) com o valor FA85, sendo que B8 é o código da instrução mov ax
  • 30. ALU • O poder das ALUs vem aumentando a cada geração, mas mesmo assim sua generalidade de uso é incapaz de oferecer boa performance para operações mais exigentes, como aquelas que envolvem dados de ponto flutuante. • Por software é possível fazer a ALU entregar os mesmos resultados de uma FPU, mas será necessário um tempo enorme de processamento
  • 31. FPU • 386 DX (1985) e 486 DX (1989) foram as primeiras CPUs a incorporar uma FPU • Instruções x87: instruções que operam com ponto flutuante – Exemplo: FADD é a instrução equivalente da ADD para ponto flutuante. – Normalmente x86 e x87 caminham juntas.
  • 32. Sobre outras unidades de execução: MMX • MMX: MultiMedia eXtensions • Desenvolvida pela INTEL • Introduzidas entre o fim de 1986 e começo de 1987. • 57 novas instruções • MMX não operam com dados do tipo ponto flutuante: são nada mais do que ALU (sem a parte lógica) anabolizadas. • Tipicamente, uma instrução MMX pode fornecer 4 resultados num único ciclo de clock: pelo menos 4 vezes mais volume do que uma instrução x86 equivalente.
  • 33. 3DNow! • Lançado pela AMD • Permitem o processamento de dados do tipo ponto flutuante com precisão simples sem seguir as regras do IEEE.
  • 34. SSE • Até o Pentium III a Intel ficou apenas com as MMX • Com o Pentium III estrelaram as ISSE (Internet Streaming SIMD Extensions) depois conhecidas como SSE • Com 70 novas instruções • Às vezes aparece MMX+, que são as instruções MMX mais as SSE
  • 35. Enhanced 3DNow! • Somam 45 novas instruções: – 21 herdadas da primeira edição 3DNow! – das 24 novas: • 19 constituem as chamadas MMX+ • outras 5 funções especiais DSP (Digital Signal Processing) e úteis para soft-modens, codificação de MP3 e áudio em geral.
  • 36. SSE2 • Com 144 novas instruções que se somam às 70 originais • Pentium 4 foi a primeira a reconhecê-las
  • 37. Instruções do tipo SIMD • SIMD: Single Instruction Multiple Data • MMX, 3DNow! e SSE são todas instruções do tipo SIMD • Uma instrução faz operação em vários dados.
  • 38. Diagrama simplificado de um processador Unidade de PF, MMX, ISSE, 3 DNow! Unidade de Inteiros Cache L1 Dados Decodificador de Instruções Cache L2 Cache L1 Instruções BARRAMENTO FRONTAL - FSB
  • 39. Arquitetura de uma placa mãe soquete 7
  • 40. Processo Microeletrônico • Você verá inúmeras vezes, principalmente em relação a novos processadores, referências à tecnologia empregada na construção da pastilha de silício, ou seja, à distância das trilhas que compõem a pastilha de silício, dada em mícron (μm) Pentium IV 0,25 μmPentium III (katamai) 0,18 μmPentium III (coppermine) 1μm386
  • 41. Processo microeletrônico • Os elétrons chegam ao destino em menos tempo (ou seja, com maior velocidade) • Maior frequência de operação • Menos consumo de energia elétrica • Menos produção de calor • Tensão de alimentação (voltagem) menor