Unidade de controlo - Pradigital
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1. esta fun o espec fica no processador Por exemplo o processador Intel 80486 cuja palavra de 32 bits tem registadores tamb m de 32 bits inclusive registadores de endere os os n meros que indicam os endere os de c lula de mem ria principal do processador t m 32 bits o processador Motorola 68000 tem registadores de dados de 32 bits palavra de 32 bits e registador de endere os de 24 bits enquanto os processadores da fam lia IBM 43xx possuem registadores de dados de 32 bits e endere os de 24 bits Temporariedade os registadores s o mem rias auxiliares internas CPU e portanto tendem a guardar informa o dados ou instru es o mais temporariamente poss vel Acumuladores ou registadores de dados armazenam os dados apenas o tempo necess rio para sua utiliza o na ULA2. Trabalho de Grupo Esquema de um processador CPU PERE umidade de controlo Mem ria Fluxo de contraip nl mn Fluxo de di mt t Fluxo de endere os O processador composto por Unidade de controlo Interpreta as instru es armazenadas D comandos a todos os elementos do sistema Unidade aritm tica e l gica Executa opera es aritm ticas c lculos Executa opera es l gicas testes e decis o Registos Mem rias de elevada velocidade de armazenamento tempor rio elevado custo Existem na unidade de controlo e na unidade aritm tica e l gica Os registos s o designados conforme o seu uso e entre estes existem o acumulador de armazenamento de endere o de uso geral e de aritm tica e l gica A mem ria cont m dados programas e os resultados interm dios e finais do processamento A mem ria uma componente essencial para o funcionamento de um sistema de computador O funcionamento dos processadores O processador um chip respons vel por buscar e executar instru es presentes na mem ria do computador Ele tamb m conhecido por CPU Central Processing Unit Unidade Central de Processamento As instru es processos que ele executa consistem em opera es matem ticas e l gicas al m de opera es de busca leitura e grava o de dados Um conjunto organizado de instru es forma um programa Todas essas opera es s o executad
3. antes s o Contador de Programa PC Sinaliza para a pr xima instru o Registo de Instru o IR Regista a instru o da execu o Os outros realizam o armazenamento de resultados intermedi rios e Memory Management Unit MMU um dispositivo de hardware que transforma endere os virtuais em endere os f sicos e administra a mem ria principal do computador Componentes Unidade l gica e aritm tica A Unidade l gica e aritm tica ULA ou em ingl s Arithmetic Logic Unit ALU a unidade central do processador Central Processing Unit ou simplesmente CPU que realmente executa as opera es aritm ticas e l gicas referenciadas pelos opcodes na verdade uma grande calculadora electr nica do tipo desenvolvido durante a II Guerra Mundial e sua tecnologia j estava dispon vel quando os primeiros computadores modernos foram constru dos O matem tico John von Neumann prop s o conceito de ULA em 1945 quando escreveu um relat rio sobre os fundamentos para um novo computador chamado EDVAC A tecnologia utilizada foi inicialmente rel s heran a da telefonia e posteriormente v lvulas heran a da radiofonia Com o aparecimento dos transistores e depois dos circuitos integrados os circuitos da unidade aritm tica e l gica passaram a ser implementados com a tecnologia de semi condutores A ULA executa as principais opera es l gicas e aritm ticas do computador Ela
4. as na linguagem de m quina os processadores trabalham apenas com linguagem de m quina l gica booleana E realizam as seguintes tarefas Busca e execu o de instru es existentes na mem ria Os programas e os dados que ficam gravados no disco disco r gido ou disquetes s o transferidos para a mem ria Uma vez estando na mem ria o processador pode executar os programas e processar os dados Controle de todos os chips do computador O processador composto basicamente de quatro partes e Unidade l gica e aritm tica ULA ou em ingl s Arithmetic Logic Unit ALU a unidade central do processador Central Processing Unit ou simplesmente CPU que realmente executa as opera es aritm ticas e l gicas referenciadas pelos opcodes E na verdade uma grande calculadora electr nica do tipo desenvolvido durante a II Guerra Mundial e sua tecnologia j estava dispon vel quando os primeiros computadores modernos foram constru dos e Unidade de controle respons vel por gerar todos os sinais que controlam as opera es no exterior do CPU e ainda por dar todas as instru es para o correcto funcionamento interno do CPU a apoi la o ter a colabora o de uma outra estrutura actor o descodificador de instru es e Registadores s o outro elemento uma mem ria veloz que armazena comandos ou valores que ser o importantes para o processamento de cada instru o Os registos mais import
5. delas um mnem nico diferente regista os em um manual de instru es espec fico daquele processador e o denomina conjunto de instru es Uma caracter stica muito importante de nota que a arquitectura de um processador pode ser orientada de dois tipos por registador ou para a mem ria Se for orientada para registadores como no caso da arquitectura Intel a ULA ap s executar qualquer opera o l gica ou aritm tica sempre vai armazenar o resultado no acumulador No caso de ser orientado para registadores como o caso dos microprocessadores da Motorola nem sempre o resultado armazenado no acumulador podendo esse ser armazenado em qualquer posi o de mem ria Terminada a primeira instru o a unidade de controle auto incrementa um contador chamado de contador de programa e vai para a pr xima instru o tipicamente localizada na pr xima posi o da mem ria endere o de mem ria a menos que a instru o seja uma instru o de desvio informando o computador que a pr xima instru o est em outra posi o Registadores O Registador de uma unidade central de processamento um tipo de mem ria de pequena capacidade por m muito r pida contida no CPU utilizada no armazenamento tempor rio durante o processamento Os registadores est o no topo da hierarquia de mem ria sendo assim s o o meio mais r pido e caro de se armazenar um dado S o utilizados na execu o de prog
6. outra instru o ou para serem transferidos para uma mem ria externa CPU Esses dados s o armazenados na CPU em pequenas unidades de mem ria denominados registadores Um registador portanto o elemento superior da pir mide de mem ria por possuir a maior velocidade de transfer ncia dentro do sistema menor tempo de acesso menor capacidade de armazenamento e maior custo Analisando os diversos par metros que caracterizam as mem rias descritos no item anterior temos e Tempo de acesso ciclo de mem ria por serem constru dos com a mesma tecnologia da CPU estes dispositivos possuem o menor tempo de acesso ciclo de mem ria do sistema neste caso n o aplic vel distinguir se tempo de acesso e ciclo de mem ria por serem sempre iguais algo em torno de IO a 20 nanossegundos dependendo de tratar se de CPU de um super computador ou de um microprocessador mais lento e Capacidade os registadores s o fabricadas com capacidade de armazenar um nico dado uma nica instru o ou at mesmo um nico endere o Desta forma a quantidade de bits de cada um de uns poucos bits de 8 a 64 dependendo do tipo de processador e dentro deste da aplica o dada ao registador em si Registadores de dados t m em geral o tamanho definido pelo fabricante para a palavra do processador tamanho diferente dos registadores usados exclusivamente para armazenar endere os quando h registadores com
7. program vel pode ser visto nos processadores conhecidos como Bit Slices essa arquitectura al m de permitir a constru o das partes do computador usando m dulos b sicos Bit slices permite ao projectista de hardware programar seu pr prio conjunto de instru es Inicialmente a UC de controle fornece o endere o de mem ria de onde deve retirar um byte ou mais conhecido como chunk esse chunk pode conter um c digo de opera o opcode ou um operando tamb m conhecido como dado Lembre se na primeira posi o de mem ria deve sempre ser gravado um opcode pois s o opcode pode informar para a UC qual ac o deve ser tomada depois Al m de controlar a posi o de mem ria que cont m a instru o corrente que o computador est executando a UC ao descodificar o opcode informa ULA qual opera o a executar soma ou subtrac o nos processadores de 8 bits Nos processadores de 16 bits podem ser efectuadas as instru es de soma subtrac o divis o e multiplica o Em adi o a essas opera es que chamamos de aritm ticas a partir da recodifica o do opcode a UC tem a capacidade de realizar opera es que denominamos opera es l gicas onde se incluem E Ou Xor compara o deslocamento de bits para a direita e para a esquerda Essas opera es s o basicamente as mesmas para grande maioria de microprocessadores que existem no mercado Contudo cada fabricante atribui a cada uma
8. ramas de computadores disponibilizando um local para armazenar dados Na maioria dos computadores modernos quando da execu o das instru es de um programa os dados s o movidos da mem ria principal para os registadores ent o as instru es que utilizam estes dados s o executadas pelo processador e finalmente os dados s o movidos de volta para a mem ria principal As ac es operativas do processador s o realizadas nas suas unidades funcionais na unidade aritm tica e l gica ULA Aritmetic and Logic Unit na unidade de ponto flutuante UFP Float Point Unit FPU ou talvez em uma unidade de processamento vectorial No entanto antes que a instru o seja interpretada e as unidades da CPU sejam accionadas o processador necessita buscar a instru o de onde ela estiver armazenada mem ria cache ou principal e armazen la em seu pr prio interior em um dispositivo de mem ria denominado registador de instru o Em seguida a este armazenamento da instru o o processador dever na maioria das vezes buscar dados da mem ria cache principal ou mesmo de unidades de disco em fita para serem manipulados na ULA Esses dados tamb m precisam ser armazenados em algum local da CPU at serem efectivamente utilizados Os resultados de um processamento de uma soma subtrac o opera o l gica etc tamb m precisam s vezes ser guardados temporariamente na CPU ou para serem novamente manipulados na ULA por uma
9. soma subtrai divide determina se um n mero positivo ou negativo ou se zero Al m de executar fun es aritm ticas uma ULA deve ser capaz de determinar se uma quantidade menor ou maior que outra e quando quantidades s o iguais A ULA pode executar fun es l gicas com letras e com n meros Resumindo A ULA executa opera es aritm ticas comuns Tamb m toma decis es l gicas resolvendo sintaxes l gicas em uma programa o Unidade de Controle Unidade de controle respons vel por gerar todos os sinais que controlam as opera es no exterior do CPU e ainda por dar todas as instru es para o correcto funcionamento interno do CPU a apoi la o ter a colabora o de uma outra estrutura ator o descodificador de instru es A unidade de controle executa tr s ac es b sicas intr nsecas e pr programadas pelo pr prio fabricante do processador s o elas busca fetch descodifica o e execu o Assim sendo todo processador ao iniciar sua opera o realiza uma opera o c clica tendo como base essas tr s ac es Dependendo do tipo de microprocessador a unidade de controle pode se ser fixa ou program vel A unidade fixa aquela unidade que j vem com todo o conjunto de instru o programado em uma PLA que constru da pelo fabricante dentro da UC Por exemplo os microprocessadores 8080 8085 Z280 6800 6502 possuem unidade de controle fixa Um exemplo de unidade de controle
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