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Microprocessadores, Notas de estudo de Engenharia Elétrica
Curso básico de Microprocessadores
Tipologia: Notas de estudo
Antes de 2010
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Microprocessadores
Microprocessador Pentium
Microprocessador
- (^) Existe pelo menos um em todos os computadores (alguns têm mais de um);
- (^) É o circuito electrónico que processa (calcula) todas as informações que passam pelo computador;
- (^) As instruções dos programas são executadas pelo microprocessador;
- (^) Ou seja, o Microprocessador é o “cérebro” do computador.
- (^) O Microprocessador, assim como os demais componentes do computador, é encaixado na Placa- mãe.
Como são fabricados...
- (^) O primeiro passo é a obtenção da wafer (ou bolacha) de silício a partir de cilindros de silício.
- (^) A wafer de silício possui diversas camadas fotossensíveis às quais são aplicadas sucessivamente diversas máscaras através de luz ultravioleta que criando desta forma o processador. No caso do Core 2 Duo da Intel são aplicadas 26 máscaras.
- (^) Depois de obtidos os processadores, na ordem das centenas por cada wafer eles são recortados da mesma e testados.
Estrutura do CPU
- (^) Virtualmente quase todos os computadores contemporâneos são baseados na arquitectura de Von Newman e são baseados em 3 conceitos: - (^) Os dados e as instruções são armazenados numa memória de leitura/escrita - (^) O conteúdo desta memória é endereçado por localização sem preocupação com o tipo de dados - (^) A execução ocorre de uma forma sequencial (a não ser que explicitamente modificada) de uma instrução para outra
- (^) A CPU é quem vai exercer o controlo entre os vários registos da memória e calcular as operações tendo em conta os vários sinais de controlo
Estrutura do CPU
Barramentos
• Barramento de endereços
• Barramento de dados
• Barramento de controlo
Estrutura de um computador
moderno
Funções básicas do CPU
- (^) Adquirir Instruções ( Fetch Instructions ): o CPU tem de ler as instruções a partir da memória.
- (^) Interpretar Instruções: as instruções têm de ser descodificadas por forma a determinar a acção a executar.
- (^) Adquirir dados ( Fetch Data ): a execução de uma instrução pode necessitar a leitura de dados da memória ou do módulo de entradas e saídas (I/O).
- (^) Processar dados: a execução de uma instrução pode implicar operações lógicas ou aritméticas nos dados.
- (^) Escrever dados: os resultados de uma execução podem implicar escrever dados na memória ou num módulo de E/S.
Funções básicas do CPU
- (^) Tendo em conta estas operações, o computador tem de ter um sítio onde guardar os dados.
- (^) É necessário saber qual o endereço físico da última instrução para que ele próprio consiga executar a próxima.
- (^) É necessário que o computador guarde temporariamente os dados enquanto é executada uma instrução. Por outras palavras é necessário que o CPU tenha uma pequena memória interna.
- (^) Para além dos registos internos do processador, onde serão alocadas as instruções e os dados de memória temporariamente. O CPU é constituído por uma Unidade Lógica Aritmética e uma Unidade de Controlo.
- (^) A ALU (Unidade Lógica Aritmética) processa e calcula os dados.
- (^) A Unidade de Controlo, controla o fluxo de dados e as instruções enviadas e recebidas do CPU e controla também as operações da ALU.
Registos visíveis ao utilizador
- (^) Registos de Uso Geral - podem ser atribuídos a uma variedade de funções pelo programador, normalmente podem conter operandos para qualquer código de operação
- (^) Registos de Dados - só podem ser utilizados para guardar dados e não podem ser utilizados em operações de cálculo de endereços
- (^) Registos de Endereço - podem ser de uso geral ou podem estar vocacionados para um modo de endereçamento particular (ex. Stack pointer)
- (^) Códigos de condição - também chamados de flags, geralmente agrupados em um ou mais registos que são alterados apenas pelo CPU dependendo da última operação lógica ou aritmética
Registos de Controlo de Estado
- (^) Os Registos de Controlo de Estado são utilizados pela unidade de controlo para controlar a operação do CPU e por programas privilegiados (sistema operativo) para controlar a execução de outros programas. Como exemplos destes registos temos os quatro registos essenciais à execução de instruções: - (^) Program Counter (PC) - contém o endereço de uma posição de memória; - (^) Instruction Register (IR) - contém a instrução adquirida mais recentemente - (^) Memory Access Register (MAR) - contém o endereço de uma posição de memória - (^) Memory Buffer Register (MBR) - contém uma palavra de dados a ser escrita em memória ou a palavra lida mais recentemente