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Arquitetura de computadores. Prof. Edivaldo Serafim Curso: Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas - 2013 IFSP – Campus Capivari. Unidade de controle. 19/06/2013. Unidade de controle. Visão geral. Visão geral. O ciclo de instrução é composto por vários outros subciclos:

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arquitetura de computadores

Arquitetura de computadores

Prof. Edivaldo Serafim

Curso: Tecnólogo em Análise e Desenvolvimento de Sistemas - 2013

IFSP – Campus Capivari

vis o geral
Unidade de controle

Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Visão geral
vis o geral1
Visão geral
  • O ciclo de instrução é composto por vários outros subciclos:
    • Ciclo de busca, ciclo de decodificação, ciclo de cálculo de operandos, ciclo de execução, etc..
  • Para a unidade de controle, esses subciclos são chamados de microoperações;
  • Microoperações determinam como o processador funciona;
  • Controlam as funções do processador para prover funcionalidade;

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microopera es
Unidade de controle

Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

Microoperações
microopera es1
Microoperações
  • A cada ciclo de instrução executada no processador, vários outros subciclos são necessários para ele poder cumprir sua meta;
  • Cada subciclo é um passo menor dentro do ciclo de instrução;
  • Esses passos menores são as microoperações da CPU e são coordenadas pela unidade de controle;
  • “Micro” por serem operações muito simples;
  • A execução de cada subciclo envolve uma ou mais microoperação;

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microopera es2
Microoperações

Prof. Edivaldo Serafim - Arquitetura de Computadores - IFSP 2013

ciclo de busca
Ciclo de Busca
  • No ciclo de busca podemos ter os registradores envolvidos:
    • Registrador de endereço de memória (MAR);
    • Registrador de armazenamento temporário de dados (MBR);
    • Contador de programa (PC);
    • Registrador de instrução (IR).
  • A cada ciclo de busca, três microoperações ocorrem na CPU:
    • 1ª Colocar o valor de PC para MAR – MAR tem comunicação com o barramento de endereço;
    • 2ª A instrução é buscada na memória e gravada no MBR – MBR tem comunicação com a memória para dados. PC também pode serincrementado nesse momento;
    • 3 ª Mover o conteúdo de MBR para IR, liberando MBR para outra operações caso necessário.

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ciclo de busca1
Ciclo de Busca

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ciclo de busca2
Ciclo de Busca

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ciclo de busca3
Ciclo de Busca

1100100

1100101

1100100

1000000100000

1100100

PC +1

LER

1000000100000

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1000000100000

ciclo de busca4
Ciclo de Busca
  • No agrupamento de microoperações duas regras básicas devem ser respeitadas:
    • Seguir uma sequência de eventos apropriados que não causará problemas com outros subiciblos;
    • Conflitos devem ser evitados, como ler e escrever o mesmo banco de registradores;

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ciclo indireto
Ciclo indireto
  • A instrução buscada anteriormente pode continuar o ciclo de instrução e deve buscar os operandos;
  • Supondo de o endereçamento é indireto, ou seja, na instrução tem um endereço, que aponta para outro endereço para então obter o operando;
  • A situação abaixo é um ciclo indireto;
  • A sequência de eventos para o ciclo indireto pode ser:

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ciclo de interrup o
Ciclo de interrupção
  • Após a execução ocorre o ciclo de interrupção;
  • Esse ciclo verifica se ocorreram interrupções no processador;
  • Caso afirmativo, ocorre as seguintes microoperações:

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ciclo de interrup o1
Ciclo de interrupção

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ciclo de execu o
Ciclo de execução
  • Os ciclos anteriores são diretos e previsíveis;
  • Cada um com operações fixas e pequenas;
  • Todos as instruções devem passar por esses mesmos ciclos;
  • No ciclo de execução as microoperações são mais complexas;
  • Uma máquina com N códigos de instruções podem ter Nmicrooperações envolvidas no ciclo de execução;
  • Vamos a um exemplo:

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ciclo de execu o1
Ciclo de execução
  • Um exemplo:
    • ADD R1, X
    • Primeiramente IR tem a instrução ADD;
    • O conteúdo do campo endereço de IR é colocada em MAR;
    • A memória é lida;
    • Por fim o conteúdo de R1 é adicionado ao conteúdo de R1

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o ciclo de instru o
O ciclo de instrução
  • Acrescentaremos a esse cenário um registrador de 2 bits chamado ICC para indicar o estado do processador:
    • 00 busca;
    • 01 Indireto;
    • 10 Execução;
    • 11 Interrupção.
  • Ao final de cada um dos ciclos ICC é atualizado;

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o ciclo de instru o1
O ciclo de instrução

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controle do processador
Unidade de controle

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Controle do processador
controle do processador1
Controle do processador
  • Os elementos básicos de uma CPU são:
    • ULA
    • Registradores
    • Caminhos de dados internos
    • Caminhos de dados externos
    • Unidade de Controle
  • As funções da Unidade de Controle são:
    • Sequenciamento;
    • Execução .

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controle do processador2
Controle do processador
  • Sequenciamento:
    • Dirige o processador em uma série de microoperações apropriadas e com base no programa em execução.
  • Execução :
    • Cada microoperação é executada.

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sinais de controle
Sinais de controle
  • Os principais sinais de entrada da UC são:
    • Clock: marca o tempo de ciclo;
    • Registradordeinstrução: contém o código de microoperações a ser seguido;
    • Códigosdecondição: indicam o estado da CPU e a saída das operações da ULA caso o resultado deva ser utilizado para atualizar a CPU;
    • Controledobarramentointerno: sinais de interrupção e de reconhecimentos.

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sinais de controle1
Sinais de controle
  • Os principais sinais de saída da UC são:
    • Controle interno da CPU: movimentam dados entre registradores ou ativam funções específicas da ULA;
    • Controledobarramentode controle: sinais para o barramento externo – memória e I/O;

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sinais de controle2
Sinais de controle

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implementa o da unidade de controle
Unidade de controle

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Implementação da Unidade de Controle
implementa o da unidade de controle1
Implementação da Unidade de Controle
  • Para implementar a UC existem basicamente duas maneiras:
    • Via hardware: Circuito combinatório de portas lógicas;
      • Lógica relativamente complexa para sequenciamento e execução de microoperações e interpretação dos códigos de condição.
      • Necessário alterações no projeto para a inclusão de uma nova instrução de máquina.
      • Implementação utilizada em máquinas RISC.
    • Via Software: Através de microcódigo.
      • Armazenado numa memória de controle;
      • Controle microprogramado é utilizado em máquinas CISC;
      • São mais lentos na decodificação.

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