Baixe Introdução a Arquitetura de Computadores e outras Notas de estudo em PDF para Informática, somente na Docsity! Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 1 Introdução à Arquitetura de Computadores Um programa pode ser definido como uma seqüência de instruções que descrevem como executar uma determinada tarefa. Uma instrução pode ser definida como um comando para o processador. Linguagem de máquina corresponde ao conjunto de instruções primitivas do computador. Devem ser simples, reduzindo a complexidade e custo dos circuitos. Tradução é o método pelo qual um programa escrito numa linguagem L2 é substituído por um outro programa escrito em L1, então executado pela máquina M1, cuja linguagem de máquina é L1. Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 2 Introdução à Arquitetura de Computadores Interpretação é o método pelo qual um programa escrito em L1 executa cada instrução do programa escrito em L2, através de uma seqüência de instruções L1 equivalentes. Máquina virtual compreende um computador hipotético para uma determinada linguagem, tendo esta como linguagem de máquina. Para uma melhor compreensão da arquitetura de um computador, podemos dividí-lo em níveis de hierarquia. Nível compreende uma máquina M com sua linguagem de máquina L, dentro de um computador. Uma máquina define uma linguagem, assim como uma linguagem define uma máquina. Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 5 Introdução à Arquitetura de Computadores Nível 3 ou nível de sistema operacional apresenta a maior parte das instruções em linguagem de nível 2, um conjunto de novas instruções, organização diferente da memória, capacidade de execução de dois ou mais programas em paralelo. As novas facilidades são realizadas por um interpretador denominado sistema operacional, em execução no nível 2. As instruções de nível 3 idênticas às de nível 2 são executadas diretamente pelo microprograma. Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 6 Introdução à Arquitetura de Computadores Nível 4 ou nível de linguagem de montagem consiste de uma forma simbólica para uma linguagem de nível inferior. Os programas em linguagem de montagem são traduzidos para uma linguagem de nível 2 ou 3, e, então, interpretados pela máquina apropriada. O programa que executa a tradução é denominado montador. Nível 5 ou nível de linguagem orientada para problemas consiste de linguagem de alto-nível. Os programas escritos nessas linguagens são, normalmente, traduzidos para o nível 3 ou 4 por tradutores conhecidos como compiladores. Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 7 Introdução à Arquitetura de Computadores Os níveis 2 e 3 são sempre interpretados, enquanto os níveis 4 e 5 são, geralmente, traduzidos. As linguagens de máquina dos níveis 1, 2 e 3 são numéricas, ao passo que as dos níveis 4 e 5 são simbólicas, contento palavras e abreviaturas. O hardware é constituído pelos circuitos eletrônicos e o software é constituído pelos programas. O firmware consiste no software embutido em dispositivos eletrônicos durante a fabricação. Em muitos computadores, o microprograma está em firmware. Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 10 Nível de Microprogramação Um barramento tri-state possui dispositivos capazes de apresentarem na saída 0, 1 ou alta impedância. Utilizados quando há muitos dispositivos ligados a um mesmo barramento. D Q D Q D Q D Q D0 D1 D2 D3 CK OE Q0 Q1 Q2 Q3 entradas saídas BC BA BB CK OE1 OE2 Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 11 Nível de Microprogramação Um multiplexador tem 2n entradas, uma saída da mesma largura da entrada e uma entrada de controle de n bits, que seleciona uma das entradas e a direciona para a saída. 2 x 1 A B saída entrada controle Um demultiplexador é o inverso de um multiplexador, direcionando a entrada para uma dentre 2n saídas, de acordo com as n linhas de controle. Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 12 Nível de Microprogramação Um decodificador tem n linhas de entrada e 2n linhas de saída. De acordo com o código binário da entrada, uma das saídas é ativada. 4 x 16 . . . 0 1 2 14 15 Um codificador é o inverso de um decodificador, possuindo 2n entradas e n saídas. Somente uma das entradas estará ativa. Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 15 MAR MBR endereço controle controle saída de dados entrada de dados WR RD barramento de dados barramento de endereço CPU barramento A linha de controle de MBR permite carregar o registro com dado da UCP. O sinal RD carrega o registro com dado do barramento. O sinal WR libera o conteúdo do registro no barramento. Nível de Microprogramação Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 16 Nível de Microprogramação Um formato de microinstrução, contendo alguns campos codificados, pode ser: C O N D A L U S H ADDR A B C M B R M A R R D E N C 1 2 2 2 1 1 1 1 1 4 4 4 8 AMUX : 0 = latch A; 1 = MBR COND: 0 = não salta; 1 = salta se N=1; 2 = salta se Z=1; 3 = salta sempre ALU: 0 = A+B; 1 = A.B; 2 = A; 3 = NOT A SH: 0 = não desloca; 1 = desloca 1 bit à direita; 2 = desloca 1 bit à esquerda; 3 = x A M U X W R Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 17 Nível de Microprogramação Um ciclo básico consiste em colocar os valores nos barramentos A e B, armazená-los nos dois latches, passá-los pela ALU e pelo deslocador, e armazená-los na memória local ou no MBR. O seqüenciamento dos eventos compreende: 1 - carregar a próxima microinstrução no registrador de microinstrução (MIR); 2 - colocar o conteúdo dos registros nos barramentos A e B, e guardá-los nos latches A e B; 3 - dar tempo à ALU e ao deslocador para produzirem um resultado e carregar o MAR, se necessário; 4 - armazenar o valor existente no barramento C, na memória local ou no MBR. Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 20 Nível de Microprogramação O microprograma, para a arquitetura proposta, deve realizar a busca, decodificação e execução da instrução do programa de nível convencional de máquina. O registrador AMASK é a máscara de endereço (Ox007777) usada para separar os bits de endereço do restante da instrução. O registrador SMASK é a máscara de pilha (Ox000377) usada para separar a constante, associada às instruções INSP e DESP, do restante da instrução. Para realizar uma subtração utiliza-se complemento a dois: x - y = x + y + 1 Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 21 Nível de Microprogramação A microlinguagem de montagem consiste dos seguintes comandos: 1 - atribuição: AC := A; 2 - aritmética: PC := PC + 1; 3 - lógica: A := band (IR,SMASK); B := inv (C); 4 - deslocamento: TIR:= lshift (TIR); D := rshift (A + B) 5 - desvios: goto 0; if N then goto 50; Arquitetura de Computadores Profa Luiza Mourelle 22 Nível de Microprogramação Em muitos computadores, a microarquitetura tem suporte de hardware para extrair código de operação da macroinstrução e colocá-lo diretamente no MPC. Não há instruções de E/S, utilizando E/S mapeada em memória. (4092) - dado a ser lido (4093) - o bit de sinal indica dado para leitura (=1) (4094) - dado a ser escrito (4095) - o bit de sinal indica dispositivo pronto (=1)