quinta-feira, 1 de março de 2012

Arquitetura e Organização de Computadores: Estrutura e funcionamento da CPU


1.2 Estrutura e funcionamento da CPU

Principais elementos da CPU são:
Unidade de controle;
Unidade Lógica e Aritmética (ULA);
Registradores.
Esses elementos se conectam internamente através do barramento interno da CPU.


A CPU se comunica com o mundo externo através dos barramentos de sistema. Ao longo da execução de um programa, os barramentos constituem os chamados caminhos dos dados. No topo da organização hierárquica de memória em um sistema se encontram os registradores. São divididos em 02 tipos:
1.       Registradores visíveis ao usuário;
2.       Registradores de controle e estado.

Registradores visíveis ao usuário:
                São aqueles que podem ser referenciados pela linguagem de montagem.
Podem ser registradores de:
Dados;
Endereço ou;
Propósito geral.

Registradores de controle e de estado:
                São utilizados para controlar a operação da CPU. Na maioria das vezes não são visíveis aos usuários. 

Exemplos de registradores de controle de estado são:
Program Counter (PC);
Instruction Register (IR);
Memory Address Register (MAR);
Memory Buffer Register (MBR);
Program Status Word (PSW);
Stack Pointer (SI);
Page Table Base Register (PTBR);
Page Table Base Limit (PTBL).

A sequência de eventos ao longo de um ciclo de instrução depende do projeto da CPU, no entanto, em termos gerais, pode-se indicar o que acontece nos sub-ciclos de busca, indireto e interrupção. O ciclo de execução depende do código da operação que será executada.

Digrama de transição de estados do ciclo de instrução



Durante o ciclo de busca, o contador de programa contém o endereço da próxima instrução a ser buscada na memória.
Esse endereço é movido para o registrador MAR e a unidade de controle requisita uma leitura na memória.
O resultado da leitura é colocado no registrador MBR, que em seguida é copiado para o registrador IR.
Enquanto isso o PC é incrementado com 1 para preparar a busca da próxima instrução.

Fluxo  de Dados do Ciclo de Busca


Ao fim do ciclo de busca, a unidade de controle examina se a instrução especifica algum operando com endereçamento indireto.
Os n bits mais a direita da MBR são colocados no MAR, e então a unidade de controle requisita uma leitura a memória para carregar o valor do operando para a MBR.

Fluxo  de Dados do Ciclo de Indireto


No ciclo de interrupção, o conteúdo do registrador PC deve ser salvo, para que mais tarde a CPU possa retornar sua atividade normal depois de processar a interrupção.
O conteúdo do PC é transferido para a MBR.
O endereço de memória reservado para guardar o valor de PC (ex. topo de pilha) é carregado para MAR, e então a unidade de controle solicita uma escrita na memória.
Por fim o PC é carregado com o endereço da rotina de interrupção, para que no próximo  ciclo de instrução seja feita a busca da instrução apropriada.

Fluxo  de Dados do Ciclo de Interrupção
 

Fonte: www.candidatoreal.com.br

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