Upload
dangliem
View
214
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
3 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Unidades Funcionais
MemóriaPr in cip a l
D ispo sitivo sd e E/S
Processa dor / U C P
U n id a d e Lóg icae A ri tm é ti ca
Reg istra do res
U n id a d e deC on tro le
4 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software
§ Unidade de Controle (UC) § Gerencia atividades de todos
componentes
§ Registradores § Pequenas áreas dentro do
chip § Contêm contadores, dados,
instruções e endereços que a ALU está processando
§ Unidade Lógica e Aritmética (ULA) § Realiza operações lógicas (testes
e comparações) § Efetua operações aritméticas
(cálculos)
Processador
5 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software
Apontador da Pilha (AP) – Stack Pointer (SP)
§ Contém endereço de memória que está topo da pilha § Pilha – estrutura de dados que mantém informações sobre programas
Registrador de Instruções (RI) § Armazena a instrução que será executada pelo processador
Registrador de Status – Program Status Word (PSW)
§ Armazena informações sobre execução das instruções (e.g. Overflow) § Alterado quando uma instrução é executada
Contador de Instruções (CI) - Program Counter (PC)
§ Contém endereço da próxima instrução a ser executada § Atualizado quando processador busca uma nova instrução
§ Registradores § Pequenas áreas dentro do chip § Contém contadores, dados,
instruções e endereços que a ALU está processando
6 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software
§ Processador busca na memória principal a instrução que está no CI e armazena no RI
§ Processador executa a instrução decodificada
§ Processador busca operandos na memória, se houver
§ Processador decodifica a instrução armazenada no RI
§ Processador incrementa CI para que contenha o endereço da próxima instrução
Busca instrução
Passo 1 Passo 2 Passo 3 Passo 4 Passo 5
Incrementa Decodifica Busca operandos
Executa
Ciclo de Busca e Instrução
7 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software
Memória Principal (MP)
cé lu la = 8 b its
ende
reço
s
0
2 -‐ 116
21
instru çã o ou d a do
§ RAM (random access memory) – memória de acesso aleatório (volátil)
§ ROM (read-only memory) – memória somente para leitura (não volátil)
§ EPROM (erasable programmable ROM) (não volátil)
8 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software
Tipos de Memória
§ RAM (random access memory) – memória de acesso aleatório (volátil)
§ ROM (read-only memory) – memória somente para leitura (não volátil)
§ PROM (programmable ROM) (não volátil)
§ EPROM (erasable programmable ROM) (não volátil)
9 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software
cé lu la = 8 b its
ende
reço
s
0
2 -‐ 116
21
instru çã o ou d a do
Registrador de Dados da Memória (memory buffer register – MBR)
§ Guarda 1 ou mais endereços de memória após uma operação de leitura § Guarda o dado que será transferido para a memória na operação de
gravação
Registrador de Endereço de Memória (memory address register – MAR)
§ Realiza a especificação do endereço (i.e. acesso a ele) § UC sabe qual a célula de memória que será acessada
Memória Principal (MP)
10 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software
Ciclo de Leitura e Gravação
Operação de Leitura § UCP armazena no MAR endereço da célula
a ser lida
§ UCP gera um sinal de controle para Memória Principal, indicando uma operação de leitura a ser realizada
§ Conteúdo da(s) célula(s) armazenado (s) no MAR é transferido para o MBR
§ Endereço do MBR é transferido para a UCP
Operação de Gravação § UCP armazena no MAR endereço da célula
a ser gravada
§ UCP armazena no MBR a informação que deverá se gravada
§ UCP gera um sinal de controle para Memória Principal, indicando uma operação de gravação a ser realizada
§ Informação contida no MBR é transferida para a célula endereçada pelo MAR
Memória Principal (MP)
11 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Memória Cache
Font
e: A
+ Gu
ide
to H
ardw
are,
5.e
d. A
ndre
ws,
Jean
(20
10)
13 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Relação Entre Dispositivos
ma iorca pa cid a d e d ea rm a zena men to
ma ior custo eve locida dede a cesso
Memória S ecund á r ia
Memória C a che
Memória Pr in cip a l
Reg istra dores
15 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Barramento (Bus)
Ba rram ento p roce ssa dor -‐m em ória
Barram
ento de E/
S
Barram
ento de E/
S
A da pta do r A da pta do r
MemóriaPr in cip a lU C P
§ Barramento § Vias (caminhos) que permitem a
comunicação entre os dispositivos
§ Ex. PCI, SCSI § Adaptador § Sincroniza as
velocidades dos barramentos
16 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Barramento (Bus)
§ Barramento § Vias (caminhos) que
permitem a comunicação entre os dispositivos
Fonte: A+ Guide to Hardware, 5.ed. Andrews, Jean (2010)
17 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Barramento (Bus)
§ Barramento Backplane § Integrar barramento E/S com o
Procesador-Memória
Ba rram ento p roce ssa dor -‐m em ória
Barramen
to de E/
S
Barramen
to de E/
S
A da pta do r A da pta do r
MemóriaPr in cip a lU C P
A da pta do r
Barram
ento
de back
plane
18 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Pipelining (Canalização)
U nida de de b usca d ainstru çã o
P1 P4P3P2
A na lisa dord a
instru çã o
U n ida de de b usca d osd a do s
U n ida de de execu çã o dainstru çã o
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6 Instr.7
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5 Instr.6
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4 Instr.5
Instr.1 Instr.2 Instr.3 Instr.4
P1
P2
P3
P4
tem po
19 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Arquitetura RISC/CISC
Arquitetura RISC Arquitetura CISC Poucas instruções Muitas instruções
Instruções executadas pelo hardware Instruções executadas pelo microcódigo
Instruções com formato fixo Instruções com diversos formatos
Instruções utilizam poucos ciclos de máquina
Instruções múltiplos ciclos
Instruções com poucos modos de endereçamento
Instruções com vários modos de endereçamento
Arquitetura com muitos registradores Arquitetura com poucos registradores
Arquitetura pipelining Pouco uso da técnica de pipelining
20 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Arquitetura RISC/CISC
U ti ltá rios
C ircu itos E le trôn icos
Microp ro g ram a çã o
Lin g u a g em d e Má qu in a
Arq
uitetu
raRISC
S istem a O pera cion a l
A p l ica tivos
22 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software
p rog ram a fon te p rog ram a ob jetoTra du tor
C om pila dor
Tradutor
23 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Interpretador
programa-fonte (Entrada)
Interpretador
resultado (Saída)
§ Interpretador lê o programa-fonte § Linha por linha
§ Resultado do programa aparece na tela
24 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Linker (Linkage Editor - Editor de Ligação)
25 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Loader (Carregador)
Módulo Objeto
Programa Executável
Programa na Memória
Programa Fonte
Compilador Linker Loader
§ Loader § Absoluto – transfere programa da memória
secundária para principal e inicia sua execução (endereço inicial e tamanho módulo)
§ Relocável – carrega o programa em qualquer posição da memória (relocação)
26 17/03/14 © P C F de Oliveira 2014
Capítulo 02 Hardware e Software Depurador (Debugger)
§ Acompanhar execução de um programa instrução por instrução
§ Possibilitar a visualização e alteração de variáveis
§ Implementar pontos de parada (breakpoint) dentro do programa
§ Implementar watchpoints, i.e. quando o conteúdo de uma variável for modificado, enviar uma mensagem