Redes do Computadores
2013.1
Unidade Central de Processamento UCP
Cap. 06
Faculdade Lourenço Filho
Prof. Antonio Filho
Faculdade Lourenço Filho
Informática
Faculdade Lourenço Filho
Informática -Eletrônica
Faculdade Lourenço Filho
Arquitetura de Computadores
Evolução
Faculdade Lourenço Filho
UCP
O processado é o componente vital do sistema de
computação, é responsável pela realização de
qualquer operação realizada pelo computador

Efetua ações Internas

Em decorrência da interpretação de uma
instrução emite sinais de controle para os
demais componentes.
Faculdade Lourenço Filho
Função do Processador

Consiste nas seguistes etapas:
1º Buscar uma instrução na memória;
2º Interpretar que operação a instrução
esta explicitando (soma de 2 números por
ex.;
3º Buscar os dados onde estiverem
armazenados;
4º executar efetivamente a operação com
os dados, guardar o resultado
5º reiniciar o processo buscando uma
nova instrução
Faculdade Lourenço Filho
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO
UCP

A Unidade Central de Processamento - UCP (Central
Processing Unity - CPU) é a responsável pelo processamento e
execução dos programas armazenados na MP. As funções da
UCP são: Executar as instruções e controlar as operações
no computador (hardwares da máquina).
Faculdade Lourenço Filho
Unidade Central de Processamento -UCP
Os registradores são utilizados como locais de
armazenamento temporário de dados provenientes da
memória destinados à UAL, ou vice-versa. Os principais
registradores utilizados na arquitetura de Von Neumann e
suas respectivas funções são os seguintes...




Contador de Instruções (CI, do inglês ``Instruction Counter'') : contém o
endereço da memória cujo conteúdo deve ser interpretado como a próxima
instrução.
Registrador de Instrução (IR, do inglês ``Instruction Register'') : contém a
próxima instrução a ser executada.
Registrador de Endereço da Memória - REM (MAR, do inglês ``Memory
Address Register'') : contém o endereço da posição da memória a ser lida ou
escrita.
Registrador de Dados da Memória - RDM (MDR, do inglês ``Memory Data
Register'') : contém o dado a ser lido ou escrito na memória.
Faculdade Lourenço Filho
UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO

A UCP é composta de duas partes:

ULA – Unidade Lógica e Aritmética - tem por função a
efetiva execução das instruções de operações matemáticas:
Soma; Subtração, Multiplicação,divisão, operações lógicas
OR,AND,NOT,XOR e etc.

UC - Unidade de Controle -É o dispositivo mais complexo da
UCP. Ele possui a lógica necessária para realizar a movimentação de
dados e de instruções de e para a UCP, através dos sinais de controle
que emite em instantes de tempo programados.
Faculdade Lourenço Filho
Diagrama esquemático de uma UCP - II
Dados e Endereços
Controle
Faculdade Lourenço Filho
Registradores Importantes na UCP

Na UC - CI Contador de Instruções - armazena o endereço
da próxima instrução a ser executada.

Na UC – RI Registrador de Instrução - armazena a
próxima instrução a ser executada.

Na ULA - ACC Acumulador - armazena os dados (de
entrada e resultados) para as operações na ULA; o
acumulador é um dos principais elementos que definem o
tamanho da palavra do computador - o tamanho da palavra
é igual ao tamanho do acumulador.
Faculdade Lourenço Filho
O que é uma Instrução de Máquina?

• Instruções

São comandos fornecidos ao processador para que ele execute
uma tarefa específica (soma, teste, desvio, etc.).

Uma série dessas instruções constituem um programa.

Cada computador (leia-se processador) tem um repertório
particular de instruções, cuja rapidez de execução é um fator
determinante na “potência de computação” (desempenho
/performance) da máquina.
Faculdade Lourenço Filho
Instruções

Para que um programa possa ser executado por um
computador.

Ser constituído de uma série de instruções de
máquina e estar armazenado em células
da
memória principal.

A UCP é responsável pela execução das instruções
que estão na “memória”.
Faculdade Lourenço Filho
Exemplo de instrução

Se instruída uma máquina pode
executar tarefas complicadas e
sucessivas.
Ex.: “Trazer a pasta da funcionária
Marta”
Se essa tarefa fosse dada a
máquina ( e ela não tivesse
qualquer orientação prévia
armazenada) ela não conseguiria
realizar essa tarefa
Faculdade Lourenço Filho
Exemplo de instrução

No exemplo em questão a máquina deveria receber
um conjunto de instruções da seguinte forma:
1. Achar arquivo (EX.: arquivo 10) . Se não houver arquivo vá p/3; senão, prosseguir
* Comparar nº arquivo com nº arquivo que contém a pasta da funcionária
* Se os números iguais, então prosseguir; senão, voltar p/1.
2. Achar uma pasta. Se não houver mais pastas, vá p/3; se não prosseguir
* Comparar o nome da pasta com nome dado
* Se forem iguais então prosseguir; senão voltar p/2
* retirar a pasta
* Entregar a pasta para quem pedir
3. Parar
Faculdade Lourenço Filho
Exemplo de instrução
Podemos , por exemplo fabricar um processador cuja
a ULA possa executar operações de soma e de
multiplicação. Mas não do tipo.
X = A + B*C
A ULA tem que ser instruída para executar T = B*C,
em seguida ela realizará a informação,
X=A+T

Faculdade Lourenço Filho
Instruções – do ponto de vista Físico

Quem executa um programa é o hardware e o que ele espera
encontrar é um programa em linguagem de máquina.

Ou seja, seqüência de instruções de máquina em código
binário.
A linguagem de máquina é composta de códigos
binários, representando instruções, endereços e dados e
está totalmente vinculada ao conjunto de instruções da
máquina.

Faculdade Lourenço Filho
Formato geral de uma Instrução

1.
2.
Podemos separar o grupo de bits de uma instrução em
duas partes
Indica o que é a instrução e como será executada.
Refere-se aos destinos dos dados que serão manipulados
É um processo realizado através de dois códigos
Código de Operação ou OPCODE – Tipo de operação
Operando(s) - dados
Faculdade Lourenço Filho
Formato geral de uma Instrução

Código de Operação ou OPCODE


Identifica a operação a ser realizada pelo processador. É
o campo da instrução cuja valor binário (código binário)
identifica a operação a ser realizada
Operando(s)

Em geral, um operando é o campo da instrução que
indica o endereço de memória onde está contido a
informação que será manipulada, ou pode conter o
endereço onde o resultado da operação será armazenado.
Faculdade Lourenço Filho
Arquitetura de Computadores
Formato geral de uma Instrução
Op COD. – Tem apenas um campo de bits
Operando - dependendo da instrução pode ter mais
campos
Faculdade Lourenço Filho

Em linguagens de programação de computador, as definições
de operador e operando são quase as mesmas da matemática.
MOV DS, AX

onde o valor no operando registrador AX deve ser movido para
o registrador DS. Dependendo da instrução, pode haver , um,
dois ou mais operandos.
Faculdade Lourenço Filho
Critérios para Determinação do Formato de Instruções

Em geral as instruções pequenas são mais atraentes do que as grandes. Por que?

A banda passante (número de bits por segundo que a memória é capaz de liberar) da
memória tem crescido menos que a velocidade dos processadores. As memórias atuais
não têm a capacidade de suprir instruções na velocidade que o processador pode
consumi-las.

EX.: Um programa feito com instruções de 16 bits gasta metade do espaço de memória
de um programa com instruções de 32 bits.
Código Operação
Operando
8 bits
8 bits
Tamanho da instrução 16 bits

Deve-se considerar, também, a taxa de crescimento do preço de memória e a taxa de
crescimento do tamanho dos programas.
Faculdade Lourenço Filho
Critérios para Determinação do Formato de Instruções

Por outro lado, a minimização do tamanho das
instruções pode dificultar muito a sua
decodificação. O projetista é obrigado a usar
um conjunto restrito de códigos para as
instruções e o projeto pode não ser flexível.
Faculdade Lourenço Filho
Conjunto de Instruções

Quando se projeta um hardware:
 Define-se
o seu conjunto instruções elementares que o
hardware é capaz de executar.

O projeto de um processador esta diretamente ligado
nesse conjunto de instruções. Quanto menor e mais
simples for este conjunto de instruções, mais rápido pode
ser o tempo de acesso do processador.
Faculdade Lourenço Filho
Conjunto de Instruções

Funcionalmente, um processador precisa possuir instruções
para realizar operações como:





aritméticas: +, - , × , ÷ ...
lógicas: and, or, xor, ...
operações de movimentação de dados (memória,UCP,reg.)
operações de entrada e saida (leitura e escrita em
dispositivos de E/S)
operações de controle (desvio de seqüência de execução,
parada)
Faculdade Lourenço Filho
Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes
Transferência de dados.
Faculdade Lourenço Filho
Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes
Artiméticas
Faculdade Lourenço Filho
Representação simbólica - mnemônicos para representar os opcodes
Lógicas
Faculdade Lourenço Filho
conversão
Faculdade Lourenço Filho
Arquitetura de Computadores
Entrada/Saída
Faculdade Lourenço Filho
Arquitetura de Computadores
Projetar um Processador

O projeto de um processador poderia ser resumido em:

Definir o conjunto de instruções (todas as possíveis
instruções que o processador poderá executar)

Definir formato e tamanho das instruções;

Definir as operações elementares;

Projetar os componentes do processador (ULA, UC,
registradores, barramentos, ...)
Faculdade Lourenço Filho
Ciclo de Instrução
Primeiramente, o programa a ser executado precisa ser
carregado (armazenado) na MP, tarefa do Sistema
Operacional, que também se encarrega de informar à UCP
onde o programa começa. O Sistema Operacional faz isto
"setando" o Contador de Instruções (isto é, colocando no CI
o endereço da MP onde está localizada a primeira instrução
daquele programa).
A partir daí se realiza o processamento automático,
executando-se as instruções seqüencialmente uma a uma, o
que é obtido através do incremento automático do CI.
Faculdade Lourenço Filho
Ciclo de Instrução

As instruções são executadas
sequencialmente, uma a uma.
O contador de instruções - CI
indica a seqüência de execução,
isto é, o CI controla o fluxo de
execução das instruções.
Descrição do processamento de uma
instrução na UCP:
- a UC lê o endereço da próxima
instrução no CI;
- a UC transfere o endereço da próxima
instrução, através do barramento interno,
para o REM;
Faculdade Lourenço Filho
Ciclo de Instrução- pouco mais de detalhe

1 - A UCP busca o código de operação
na MP e armazena no Registrador de
Instrução CI
- A UC lê o conteúdo do CI (endereço
da próxima instrução ) e coloca o
endereço no REM;
- a UC envia um sinal à memória de
operação de leitura (memory read), via
barramento
de
controle;
- a memória lê o endereço que está no
REM, via barramento de endereços, e
busca o conteúdo da célula referenciada;
- a memória coloca no RDM, via
barramento de dados, o conteúdo da
célula lida;
- a memória envia à UC, via barramento
de controle, um sinal de "leitura
concluída";
- a UC transfere o código de operação (o
conteúdo do RDM) ao RI
Finaliza um ciclo.
Faculdade Lourenço Filho
Fim de aula
Faculdade Lourenço Filho