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Unidade Central de Processamento

Unidade Central de Processamento. Sistemas Digitais CIn-UFPE. Unid. controle. Memória Programas + Dados. Vídeo. IR. PC. MAR. Teclado. Gerais. MBR. ALU. E/S. Unid. processamento. Buffers. Como funciona um computador simples. IR – Instruction Register PC – Program Counter

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Unidade Central de Processamento

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  1. Unidade Central de Processamento Sistemas Digitais CIn-UFPE

  2. Unid. controle Memória Programas + Dados Vídeo IR PC MAR Teclado Gerais MBR ALU E/S • Unid. processamento Buffers Como funciona um computador simples IR – Instruction Register PC – Program Counter MAR – Memory Address Register MBR – Memory Bus Register

  3. Início Término Como funciona um computador? Busca a próxima instrução Executa a instrução

  4. Busca instrução Decodifica instrução Incrementa PC Busca operando Executa instrução Armazena resultado Executando um programa

  5. Exemplo - Simple statements Exemplo: /* Programa que repete uma seqüência de adições de três sinais de entrada (a+b+c) e mostra o resultado (z = a=b+c) Sigad: CLRLD /* Clear acumulador Y, Z e carrega valor de A em X ADD /*ADD 1o. valor, guarda resultado e lë novo valor ADD /*ADD 2o .valor, guarda resultado e lë novo valor ADD /*ADD 3o .valor, guarda resultado DISP Sigad /*mostra resultado e repete cálculo em Z Como construir uma unidade de controle que implemente este programa? Estado Estado/saída QA Sigad: QB/CLRLD QB QC/ADD QC QD/ADD QD QE/ADD QE QA/DISP saída Y Tx entrada Z A + X Tz Ty controle clk

  6. 0 0 - a 0 - b a - A = c A = b A = a 0 a+b c A=a Y=- X=- Z=- Ty=0 Tx=1 Tz=0 A=b Y=0 X=a Z=0 Ty=1 Tx=1 Tz=2 A=c Y=a X=b Z=0 Ty=1 Tx=1 Tz=2 A=- Y=a+b X=c Z=0 Ty=1 Tx=1 Tz=2 A=- Y=a+b+c X=- Z=0 Ty=0 Tx=0 Tz=1 A=- Y=- X=- Z= a+b+c A = - a+b+c 0 - a+b+c - - A = - A = - Q Q Q Q ADD ADD ADD CLRLD DISP D C E A Q B Q A Clk Z = a+b+c Y saída QA Sigad: QB/CLRLD QB QC/ADD QC QD/ADD QD QE/ADD QE QA/DISP Ty Z entrada + X Tz Tx controle Clk T [0] = clear [1] = load [2] = hold Clk

  7. Execução de um progama Y Ty entrada Z A + X Tz Tx controle clk Memória: Instruções end(dados) cpu Contador do Programa (PC) 00 CLRD end+0(a) X = a; Y=0; Z=0; 01 ADD end+1(b) 02 ADD end+2(c) X = b; Y=a; Z=0; X = c ; Y= a+b; Z =0; 03 ADD - 04 DISP - X = -; Y= a+b+c; Z =0; X = -; Y= a+b+c; Z =a+b+c; Instruções end (dados) memória saída cpu memória memória Contador de programa cpu Inst |dados memória Z = a + b + c X = -; Y=-; Z=-; 05 - -------

  8. 15 3 4 0 Opcode Endereço Memória • Dado 0 15 sinal magnitude • Instrução Opcode

  9. Memória Opcode | endereço dados Executando um programa Registradores da CPU 1 9 4 0 3 0 0 PC (endereço) 3 0 0 3 0 1 5 9 4 1 AC (operando) 2 9 4 1 3 0 2 1 9 4 0 IR (Instrução) ... 0 0 0 3 9 4 0 0 0 0 2 9 4 1

  10. Memória Opcode | endereço dados Executando um programa Registradores da CPU 1 9 4 0 3 0 0 PC 3 0 0 3 0 1 5 9 4 1 0 0 0 3 AC 2 9 4 1 3 0 2 1 9 4 0 IR ... 0 0 0 3 9 4 0 0 0 0 2 9 4 1

  11. Memória Opcode | endereço dados Executando um programa Registradores da CPU 1 9 4 0 3 0 1 PC 3 0 0 3 0 1 5 9 4 1 0 0 0 3 AC 2 9 4 1 3 0 2 5 9 4 1 IR ... 0 0 0 3 9 4 0 0 0 0 2 9 4 1

  12. Memória Opcode | endereço dados Executando um programa Registradores da CPU 1 9 4 0 3 0 1 PC 3 0 0 3 0 1 5 9 4 1 0 0 0 5 AC 2 9 4 1 3 0 2 5 9 4 1 IR ... 0 0 0 3 9 4 0 0 0 0 2 9 4 1

  13. Memória Opcode | endereço dados Executando um programa Registradores da CPU 1 9 4 0 3 0 2 PC 3 0 0 3 0 1 5 9 4 1 0 0 0 5 AC 2 9 4 1 3 0 2 2 9 4 1 IR ... 0 0 0 3 9 4 0 0 0 0 2 9 4 1

  14. Memória Opcode | endereço dados Executando um programa Registradores da CPU 1 9 4 0 3 0 2 PC 3 0 0 3 0 1 5 9 4 1 0 0 0 5 AC 2 9 4 1 3 0 2 2 9 4 1 IR ... 0 0 0 3 9 4 0 0 0 0 5 9 4 1

  15. Arquitetura do computador Dispositivo de entrada e saída(E/S) Memória Processor Memory Input/Ouput PC IR AC Address Bus MAR Data Bus MDR ALU PC = Program counter IR = Instruction register AC = Acumulador MAR = Memory Address Register MDR = Memory Data Register ALU = Arithmetic & Logic Unit Control Unit

  16. Arquitetura do computador • PC - program counter – indica a próxima instrução a ser executada. • IR - Instruction register – recebe a instrução a ser decodificada pela CPU. • AC – Acumulador (registrador auxiliar). Guarda temporariamente valores sendo calculados. • MAR – Registrador que indica a próxima posição de memória a ser referenciada. Conectado ao barramento de endereços. • MDR – Registrador usado para receber ou transmitir dados. Conectado ao barramento de dados. • ALU (ULA) – Unidade Lógica

  17. Instruções básicas Formato da instrução do computador

  18. CPU - P1 • Conjunto de instruções básicas • Exemplo de um programa no P1: A = B+C A (acumulador), B e C são endereços de memória Assembly Language MachineLanguageLOAD B 0211ADD C 0012

  19. CPU - P1 • Fluxo de execução de instruções

  20. CPU - P1 • Fluxo de execução de instruções detalhada

  21. A = B+C • A (acumulador), • B e C são endereços de memória Assembly Language MachineLanguageLOAD B 0211ADD C 0012 00 00 07 01 00 12 Load B 1. 2. ADD C CPU - P1 02 11 00 12 00 03 00 04 PC Opcode address 00 04 00 07 1. 2. LOAD B 02 11 00 04 02 11 00 04 00 03 00 12 ADD C 01 01 01 12 12 11 12 11 01 00 12 00 03 00 04 02 11 Load address AC<- conteúdo do endereço de memória

  22. Figure 8.12 MIF file containg mP 1 Computer Program.

  23. Figure 8.13 Simulation of the Simple mP 1 Computer Program.

  24. a f g e c Decoder BCD 7-Segm. b d Projetos • Calcular a média aritmética de três números previamente colocados na memória da CPU e mostrar o resultado no display. • Comparar elementos de um array (5 elementos), colocando o maior deles numa variável "resultado“ e no display. Os resultados das operações devem ser enviados para o display (dispositivo de saída do sistema) Dispositivo de I/O Saída Entrada 4 reset 4 clk CPU - mP 1 programa

  25. Arquitetura/plataforma de prototipação CPU Decodificador Memória Driver Driver Controle dos motores Motor 2 Robô Motor 1 Motor 1 Motor 2

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