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microprocessador 8085
Tipologia: Notas de estudo
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Núcleo de Estudo e Pesquisa em Processamento da Energia e Qualidade
4000 A.C - ÁBACO – Invenção do ábaco pelos babilônios. Instrumento usado para realizar operações aritméticas, onde cada coluna representa uma casa decimal. Era o principal instrumento de cálculo do século XVII e é usado até hoje.
Data da mesma época do ábaco o octograma chinês Yin Yang , o qual é tido como a primeira representação binária dos números de 0 a 7. Foi criado pelo imperador chinês Fou-Hi para representar a interação entre as duas energias que juntas são o fundamento da “totalidade”.
1614 – LOGARITMO – O cientista escocês JOHN NAPIER criou os logaritmos. Através das tabelas criadas, as operações de multiplicação e divisão tornaram-se mais simples, pois eram substituídas por operações de adição e subtração, reduzindo o tempo de processamento.
1623 – RELÓGIO DE CALCULAR – WILHELM SHICKARD , professor de matemática da Universidade de Tübingen, Alemanha, inventou um relógio de calcular que é considerado a primeira máquina mecânica de calcular da história. Fazia multiplicação e divisão, mas requeria várias intervenções do operador. Usava o princípio desenvolvido por Napier (“Napier’s bones”). Essa calculadora foi desenvolvida para auxiliar o matemático e astrônomo Johannes Kepler.
1642 – PASCALINE – O cientista francês BLAISE PASCAL criou uma calculadora capaz de realizar operações de adição e subtração. A máquina implementada utilizava rodas e engrenagens, com as quais era possível representar números decimais de 0 a 9. Pascal desenvolveu essa máquina para ajudar seu pai na coleta de impostos. A máquina teve mais de 50 versões diferentes em uma década.
1671 – O matemático alemão francês GOTTFRIED LEIBNIZ criou uma calculadora de 4 funções, capaz de realizar operações de adição, subtração, multiplicação e divisão. É a antecessora das calculadoras atuais. O problema comum às calculadoras até esta época era a necessidade de entrar com todos os resultados intermediários.
Calculadora de 4 funções de Leibniz
Ábaco Octograma chinês Yin Yang
Tabela de logaritmos Pascaline
Para ampliar seus negócios, a TMC se uniu com duas pequenas empresas para formar a CTRC ( C omputing T abulation R ecording C ompany ), em 1914. Em 1924, a CTRC se tornou uma empresa internacional e mudou seu nome para IBM ( I nternacional B usiness M achine ).
1936 – COMPUTADORES Z1, Z3 e Z4 – O cientista alemão KONRAD ZUSE criou o computador - Z1, baseado em relé eletro-mecânico. Criou também o computador Z3, que foi o primeiro computador de propósito geral controlado por programa. Criou ainda o Z4, computador projetado para o desenvolvimento de mísseis. Ele foi destruído por bomba na 2a.^ guerra mundial.
1943 – COLOSSO – Na Inglaterra, em 1943, Alan Turing , do Serviço de Inteligência Britânico, construiu o Colosso , de dimensões gigantescas. A máquina, abrigada em Bletchley Park , tinha 2000 válvulas e lia símbolos perfurados numa argola de fita de papel, inserida na máquina de leitura fotoelétrica, comparando a mensagem codificada com sequências conhecidas até encontrar uma coincidência. Processava cerca de 5 mil caracteres por segundo e foi usada para descodificar as mensagens dos alemães, tendo sido decisiva no resultado final da guerra.
1944 – MARK I – Na Universidade de Harvard em 1937, o professor Howard Aiken , financiado pela IBM, começou a construir o Mark I , concluído em 1944. Baseado em um sistema decimal, manipulava números de até 23 dígitos e tinha medidas grotescas: 15 m de comprimento e 2,5 m de altura; 760. peças envoltas em vidro e aço inoxidável brilhante; 800 km de fios e 420 interruptores para controle.trabalhava sob o controle de um programa perfurado em uma fita de papel. Adição e subtração em 0,3 s, multiplicação em 3 s e divisão em 12 s,
1946 – ENIAC – ( Electronic Numerical Integrator and Computer ) - 1o^ Computador de propósito geral a válvula: 18.000 válvulas, 30 toneladas, 15.000 pés quadrados, 140 kW, representação e aritmética com números decimais, 5.000 adições/seg. Projetado pela Ballistics Research Labs. Foi aproveitado no desenvolvimento da Bomba “H”.
1946 – VON NEWMANN MACHINE – A Máquina de Von Newman, ou “Máquina de Touring” introduziu o conceito de programa armazenado (Stored Programa Concept) no qual a memória conteria, além de dados, programas. Os computadores modernos são baseados na máquina de Von Newman.
1950 – UNIVAC – (Universal Automatic Computer) – Lançado pela SPERRY, foi o 1o^ Computador de aplicação científica e comercial. Seguiram UNIVAC II e UNIVAC 1100 series.
1953 – IBM 701 – Computador desenvolvido para aplicações científicas.
Máquina de Herman Hollerith Z
Colosso Mark I
1947 – TRANSISTOR – Invenção do transistor pelos cientistas John Bardeen, William Shockley e Walter Brattain. Passou a ser usado em escala comercial somente em 1952 pela Bell Laboratories.
1958 – CIRCUITO INTEGRADO – O engenheiro Jack Kilby, da Texas Instruments, criou o Circuito Integrado.
1960 – IBM 7090, 7094 – Computador transistorizado. Utilização de linguagens de programação de alto nível, tais como FORTRAN, COBOL e PASCAL.
1964 – IBM 360 – Primeira família planejada de computadores.
DEC PDP 8 – Introduziu o conceito de Minicomputador. Criou a estrutura de barramento, ou seja, unidade de Entrada e Saída, Memória e CPU interligados por um conjunto de condutores.
1971 – 4004 (INTEL) - 1o^ microprocessador a ser lançado, de 4 bits, com aplicação voltada para calculadoras (manipulação de números em BCD) - 45 instruções - 640 Bytes de memória - clock de 108 KHz - 60.000 instruções/ seg. (OBS: desempenho superior ao ENIAC) - 2.300 transistores.
1972 – 8008 (INTEL) - 1o^ microprocessador de 8 bits, com aplicação voltada para terminais (que trabalham com caracteres - codificação ASCII) - 48 instruções - 16KB de memória - clock de 200 KHz - 300. instruções/ seg. 3500 transistores.
1974 – 8080 (INTEL) - Processador de 8 bits, de propósito geral - 72 instruções - opera com 12V - clock de 2 MHz - 640.000 instruções/s. 64KB de memória. 6.000 transistores. 1975 – Z80 (ZILOG), 6502 (MOS) – Utilizado pelo 1o^ APPLE (APPLE 1) em 1976 por Steve Wozniak e Steve Jobs (data da fundação da APPLE).
1976 – 8085 (INTEL) – “8080” operando com 5V - 2 instruções a + que o 8080 - melhor performance. 5 MHz - 370.000 instruções/s. 6500 transistores.
1978 – 8086 (INTEL) - Processador 16 bits (barram. externo de 16 bits e registradores de 16 bits). 5 MHz - 0. MIPS, 8 MHz - 0.66 MIPS e 10 MHz - 0.75 MIPS. 29.000 transistores.
1979 – 8088 (INTEL) - Processador 16 bits (barram. externo de 8 bits e registradores de 16 bits) - 133 instruções - chip utilizado no primeiro PC em 1981. O PC/XT seria lançado em 1983 com HD de 10 MB e 128 Kbyte RAM. 29.000 transistores. Lançado o 68.000 (MOTOROLA) que foi utilizado no Machintosh em 1984
1980 – Co-processador 8087 (processador matemático).
8051 (INTEL – Lançado o microcontrolador 8051: microprocessador + periféricos (RAM, ROM, Serial, Timer, Controlador de Interrupção, etc.) num único chip, voltado para aplicações de controle
1982 – 80186/188 - 80286 - 80287 (INTEL) – PC/AT – 16 bits, modo protegido, 24 linhas endereços.
1985 – 80386 (INTEL) – Processador de 32 bits - bus ext. de dados de 32bits - 275.000 transistores. 16MHz - 2.5 MIPS, 20 MHz - 2.5 MIPS, 25 MHz - 2.7 MIPS, 33 MHz - 2.9 MIPS.
1989 – 80486 (INTEL) - Processador de 32 bits: “386” que incorpora o 387 (coprocessador), cache interna (L1) de 8KB e maior performance - 235 instruções - 1,2 milhões de transistores. 25 MHz - 20 MIPS, 33 MHz - 27 MIPS, 50 MHz - 41 MIPS.
1991 – WEB – Tim Berners-Lee desenvolve a Rede Mundial de Computadores (World Wide Web). O primeiro servidor Web é lançado. O conceito de conexão de vários usuários a um único computador por via remota nasceu no MIT no final da década de 50 e início da década de 60. As idéias básicas da Internet foram desenvolvidas em 1973 por Bob Kahn e Vint Cerf.
1993 – Pentium 60 MHz e 66 MHz - Processador de 32 bits – bus ext. de 64 bits - 5V - 3 milhões de transistores. Primeiro processador de 5a^ geração.
1994 – Pentium 90 MHz e 100 MHz - Alimentação de 3,3V (maior confiabilidade). 3.2 milhões de transistores.
Tabela 1: Evolução do número de transistores no microprocessador
Processador
Ano de Introdução
Número de Transistores Processo^
Velocidade de Clock
Barramento de dados MIPS
4004 1971 2.250 10 μm 108 kHz 4 bits 0,
8008 1972 2.500 10 μm 200 kHZ 8 bits 0,
8080 1974 5.000 6 μm 2 MHz 8 bits 0,
8085 1976 6.500 3 μm 5 MHz 8 bits 0,
8086/8088 1978 29.000 3 μm
5 MHz 8 MHz 10 MHz
16/8 bits
286 1982 120.000 1,5 μm 6 MHz 16 bits 1
386 1985 275.000 1,5 μm 16 MHz 32 bits 5
486 1989 1.180.000 1,0 μm 25 MHz 32 bits 20
Pentium 1993 3.100.000 0,8 μm 60 MHz 32/64 bits 100
Pentium II 1997 7.500.000 0,35 μm 233 MHz 32/64 bits 300
Pentium III 1999 24.000.000 0,25 μm 450 MHz 32/64 bits 510
Pentium 4 2000 42.000.000 0,18 μm 1,5 GHz 32 bits/64 1.
Pentium 4 (Prescott)
2004 125.000.000 0,09 μm 3,6 GHz 32/64 bits 7.
Pentium D 2005 230.000.000 90 nm
2,8 GHz 3,2 GHz
32 bits
Core2 2006 152.000.000 65 nm
2,33 GHz
32 bits 26.
Core 2 Duo 2007 820.000.000 45 nm 3 GHz 64 bits 53.
Core i7 2008 731.000.000 45 nm 2,66 GHz 3,2 GHz
64 bits 76.
A Tabela 1 mostra a evolução dos microprocessadores INTEL quanto ao número de transistores, tecnologia empregada, velocidade de clock, capacidade do barramento de dados e capacidade de processamento (em milhões de instruções por segundo – MIPS), de 1971 a 2008.
A quantidade cada vez maior de transistores numa única pastilha foi acompanhada da redução do tamanho físico dos transistores. Essa redução é mostrada na Fig. 1.2.
Fig. 1.2: Redução do tamanho físico dos processadores
A redução do tamanho do transistor resulta no aumento da velocidade de operação e também na redução das conexões internas, além de permitir a inserção de um número cada vez maior de transistores numa única pastilha. O aumento da capacidade de integração de transistores resulta ainda na redução do consumo de energia elétrica e do custo dos microprocessadores. Há um postulado que diz que o gate de um transistor não pode ser menor do a largura correspondente a 10 átomos. A previsão de pesquisadores da Intel é a dimensão do gate dos transistores alcançarão esse valor por volta do ano 2017 (http://www.intel.com/update/archive/issue2/focus.htm).
antecipadamente transferidos da memória dinâmica para a memória cache, de forma que o processamento torna- se mais rápido.
É a unidade através da qual o usuário se comunica com o sistema. Ela abriga componentes responsáveis pelo interfaceamento do sistema com periféricos tais como teclado, LCD, mouse, impressora e monitor. É também através da unidade de entrada e saída que são enviados sinais de interrupção para a CPU.
Barramento é o meio físico usado para o transporte de um conjunto de sinais digitais usados para comunicação entre o processador, a memória e o meio externo. O barramento específico para a comunicação entre o processador e a memória é chamado de barramento de sistema. Para a comunicação com os periféricos os três tipos mais comuns de barramento hoje são: barramento ISA, usado para interfaces seriais, paralelas, interface para drivers e alto falante; barramento PCI, usado para interfaces IDE e USB; e barramento AGP, usado para placas de vídeo 3D de alto desempenho.
Um barramento é constituído de um barramento de dados, um barramento de endereços e um barramento de controle. O barramento de dados nos computadores mais modernos possui até 64 linhas (bits) e permite o fluxo bidirecional de dados. O microprocessador 8085, objeto de estudo na primeira parte do presente curso, possui 8 bits de dados e, por esta razão, é denominado de processador de 8 bits.
A quantidade de posições de memória que um computador pode acessar é ditada pela quantidade de bits do barramento de endereços. Um barramento com 32 bits pode acessar até 4.294.967.296 (2^32 ) posições de
memória, o que corresponde a 4 GB de memória (4.294.967.296 = 4 × 1024 × 1024 × 1024 = 4 GB). Todos os processadores da classe Pentium possuem barramento de endereço com 32 bits. Os processadores Pentium II, Pentium III e Celeron possuem barramento de endereço de 36 bits, podendo então acessar até 64 GB de memória.
O barramento de controle de um computador comporta uma série de sinais com finalidades diversas. Alguns exemplos são: sinal RW que indica se a operação é uma leitura ou uma escrita, sinal MIO, que indica se a operação envolve a memória ou a unidade de entrada e saída, sinal de RESET, entradas das interrupções, sinal de CLOCK, etc.
Barramento ISA - O barramento ISA ( I ndustry S tandard A rchitecture) é formado por slots de 8 e 16 bits existentes nas placas de CPU e foi originado no IBM PC, na versão de 8 bits, e aperfeiçoado no IBM PC AT, quando foi criada a versão de 16 bits. Permite transferência de dados em grupos de 8 ou 16 bits a um clock de 8 MHz. Embora possua velocidade de transferência pequena para os padrões atuais, o barramento ISA ainda é muito utilizado para placas tais como fax/modem, placas de som e placas de rede, cujos desempenhos não ficam comprometidos com a baixa velocidade de transferência do barramento.
Barramento PCI - O barramento PCI ( P eripheral C omponent I nterconnect) foi desenvolvimento pela Intel, quando do desenvolvimento do processador Pentium. Ele opera com 32 ou 64 bits, apresenta taxa de transferência de até 132 MB/s, com 32 bits e possui suporte para o padrão PnP ( P lug a n d P lay). Seu clock é geralmente de 33 MHz, para valores de clock interno acima de 150 MHz.
Barramento AGP - O barramento AGP ( A ccelerated G raphics P ort) foi devolvido pela Intel com o intuito de aumentar a taxa de transferência entre a CPU e a placa de vídeo, melhorando o desempenho de operação com gráficos. Esse barramento foi incorporado à CPU de processadores Pentium II mais modernos. A principal vantagem do AGP é o uso de maior quantidade de memória para armazenamento de texturas para objetos tridimensionais, além de alta velocidade no acesso a essas texturas para aplicação na tela.
O aumento de desempenho (velocidade de processamento) de processadores gira em torno de pontos chaves:
Microprocessador - É a CPU de um computador construído num único Circuito Integrado. Contém essencialmente a unidade de controle, a unidade lógica e aritmética e registradores. Precisa de periféricos tais como memória e unidade de entrada e saída, para a formação de um sistema mínimo.
Microcontrolador - É um computador completo construído num único Circuito Integrado. Os microcontroladores são normalmente utilizados para aplicações específicas. Eles contêm normalmente facilidades tais como portas seriais, portas de entrada e saída paralelas, timers, contadores, controles de interrupção, conversor analógico para digital, memórias RAM e ROM.
MIPS - Millions of Instructions Per Seconds (Milhões de Instruções Por Segundo): É uma unidade de desempenho do microprocessador.
FLOPS - FLOating point instructions Per Seconds (Instruções com Ponto Flutuante Por Segundo). É também uma unidade de desempenho do microprocessador. Indica a capacidade de trabalhar com números decimais.
Representação em Ponto Fixo - Sistema numérico no qual o ponto está implicitamente fixo (à direita do digito mais a direita);
Representação em Ponto Flutuante - Sistema numérico no qual um número real é representado por um par distinto de numerais: uma mantissa (ou significante) e um expoente. Possibilita representação de números fracionários.
Bit - Abreviatura para 'Binary Digit', ou, Dígito Binário. Pode assumir valor 0, que corresponde a tensão O V, ou 1, que representa normalmente uma tensão de 5 V ou 3.3 V.
Byte - Conjunto (cordão) de 8 bits. É a unidade básica de dados nos computadores, que também utilizam alguns múltiplos de 8, tais como 16 bits (Word) e 32 bits (Dword). BYTE nibble superior nibble inferior Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 5 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0
Nibble, Word, Dword – Palavra digital composta de 4, 16, 32 bits, respectivamente.
Set de instruções - Conjunto de Instruções. Conjunto de Mnemônicos (siglas que fazem lembrar uma ação) que representam todas as instruções do processador. Cada processador possui o seu set de instruções particular.
CISC - Complex Instruction Set Computer : Tecnologia atribuída às CPUs de um modo geral, que contém set de instruções complexo. O barramento de comunicação entre as unidades que compõem a CPU é comum a todas as unidades, ou seja, não há comunicação direta entre unidades, através de um barramento exclusivo.
RISC - Reduced Instruction Set Computer : Computador com set de instruções reduzido. Principais características:
1 Mbyte = 2^10 x 2^10 = 1.048.576 bytes = 1.024 kbytes; 1 Gbyte = 2^10 x 2^10 x 2^10 = 1.073.741.824 bytes = 1.024 Mbytes
O Sistema BCD é o sistema em que se combina o sistema binário e o sistema decimal. É utilizado como formato de saída de instrumentos. Utiliza 2 dígitos: 0 e 1 que são dispostos em grupos de 4 dígitos, utilizados para representar um dígito decimal (número 0 até 9). A representação de um número maior que 9 deve ser feita por outro grupo de 4 bits, com a ponderação dada pelo sistema decimal. Exemplo: 97310 = 1001 0111 0011. Note a diferença entre este valor e o valor do número binário 1001 0111 0011 2 = 2419 10
O Sistema Octal é baseado nos mesmos princípios do decimal e do binário, apenas utilizando base 8. Utiliza 8 dígitos: 0 a 7. Exemplo: 3207 8
1 o^ dígito: Armazena o equivalente a 8^0 (1). No ex.: 7 × 80 2 o^ dígito: Armazena o equivalente a 8^1 (8). No ex.: 0 × 81 3 o^ dígito: Armazena o equivalente a 8^2 (64). No ex.: 2 × 82 4 o^ dígito: Armazena o equivalente a 8^3 (512). No ex.: 3 × 83
O equivalente decimal é: 7 + 0 + 128 + 1536 = 1671 10
O Sistema Hexadecimal é baseado nos mesmos princípios do decimal, apenas utiliza base 16. Utiliza 16 dígitos: 0 a 9, A, B, C, D, E e F. Exemplo: Ex.: 20DH ou 20Dh ou 20D 16
1 o^ dígito: Armazena o equivalente a 16^0 (1). No ex.: 13 × 160 2 o^ dígito: Armazena o equivalente a 16^1 (16). No ex.: 0 × 161 3 o^ dígito: Armazena o equivalente a 16^2 (256). No ex.: 2 × 162
O equivalente decimal é: 13 + 0 + 512 = 525 10
O sistema hexadecimal é mais fácil de trabalhar que o sistema binário e é geralmente utilizado para escrever endereços. Cada dígito hexadecimal é convertido em 4 dígitos binários equivalentes. Cada número binário é convertido em hexadecimal convertendo-se grupos de 4 bits em seus dígitos hexadecimais equivalentes.
Ex.: 7 D 3 F 16 = 0111 1101 0011 1111 2
Ex.: 1010000110111000 2 = 1010 0001 1011 1000 2 = A 1 B (^816)
O sistema hexadecimal é mais fácil de trabalhar que o sistema binário e é utilizado na codificação de programas no microprocessador. Na conversão de hexadecimal para binário, cada dígito hexadecimal é convertido em 4 dígitos binários equivalentes. Na conversão de binário para hexadecimal, cada grupo de 4 dígitos binários é convertido em 1 dígito hexadecimal equivalente.
Exemplos: 7 D 3 F 16 (7D3FH) = 0111 1101 0011 1111 2 10100001101110002 = 1010 0001 1011 1000 2 = A 1 B 8 16 ou A1B8H
Um algoritmo para a conversão de base pode ser obtido. A divisão termina quando o quociente é zero. Um exemplo de decimal para hexadecimal é dado.
Representação: r 2 r 1 r 0 Valor hexadecimal correspondente a 1234: 4D2 h
Algoritmo genérico:
Se q 0 = 0 Valor = q 0 B+ r 0 = 0.B + r 0 = r 0
Se q1 = 0 Valor = q 0 B+ r 0 q 0 = q 1 .B + r 1 = 0.B + r 1 = r 1 ou,
Se q2 = 0 Valor = q 0 B+ r 0 , q 0 = q 1 .B + r 1 q 1 = q 2 .B + r 2 = 0.B + r 2 = r 2
Na representação de números no microprocessador pode-se utilizar tanto a representação de números positivos, quanto a de números negativos. O círculo.a seguir ilustra essa situação para números de 4 bits.
(a) aumento da frequência de clock (b) redução do número de ciclos para executar uma instrução (c) processamento paralelo de instruções
(a) 34510 = _________ h (b) 101001112 = _________ h (c) 101010108 = _________ h (d) 25510 = _________ h (e) 12810 = _________ h (f) 101001110112 = ___________ h
