Unidade Central de Processamento

1
Unidade Central de Processamento

• Sistemas Digitais
• CIn-UFPE

2
Como funciona um computador simples
IR Instruction Register PC Program
Counter MAR Memory Address
Register MBR Memory Bus Register
3
Como funciona um computador?
Busca a próxima instrução
Executa a instrução
4
Executando um programa
5
Exemplo - Simple statements

• Exemplo
• / Programa que repete uma seqüência de adições
  de três sinais de entrada (abc) e mostra o
  resultado (z abc)
• 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
Z abc
Clk
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
memória
saída
cpu
memória
memória
Contador de programa
cpu
Inst dados
memória
Z a b c
X - Y- Z-
05 - -------
8
Memória

• Dado

0
15
sinal
magnitude

• Instrução

Opcode
9
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
Executando um programa
Registradores da CPU
1 9 4 0
3 0 0
PC
3 0 0
3 0 1
5 9 4 1
AC
0 0 0 3
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
Executando um programa
Registradores da CPU
1 9 4 0
3 0 1
PC
3 0 0
3 0 1
5 9 4 1
AC
0 0 0 3
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
Executando um programa
Registradores da CPU
1 9 4 0
3 0 1
PC
3 0 0
3 0 1
5 9 4 1
AC
0 0 0 5
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
Executando um programa
Registradores da CPU
1 9 4 0
3 0 2
PC
3 0 0
3 0 1
5 9 4 1
AC
0 0 0 5
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
Executando um programa
Registradores da CPU
1 9 4 0
3 0 2
PC
3 0 0
3 0 1
5 9 4 1
AC
0 0 0 5
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 BC
• A (acumulador), B e C são endereços de memória

Assembly Language MachineLanguageLOAD B 0211A
DD C 0012
19
CPU - ?P1

• Fluxo de execução de instruções

20
CPU - ?P1

• Fluxo de execução de instruções detalhada

21
A BC A (acumulador), B e C são endereços de
memória
Assembly Language MachineLanguageLOAD B 021
1ADD C 0012
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 12
00 03
ADD C
01
01
12
11
01
12
12
11
01
00 12
00 03
02 11
00 04
Load address AClt- conteúdo do endereço de
memória
22
(No Transcript)
23
(No Transcript)
24
(No Transcript)
25
Figure 8.12 MIF file containg mP 1 Computer
Program.
26
Figure 8.13 Simulation of the Simple mP 1
Computer Program.
27
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
28
Arquitetura/plataforma de prototipação
CPU
Decodificador
Memória
Driver
Driver
Controle dos motores
Robô
Motor 2
Motor 1
Motor 1
Motor 2