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RESUMO SISTEMAS MICROPROCESSADOS, Resumos de Engenharia Elétrica

Contem resumo sobre Microprocessadores, tipos de memoria e barramentos. Arquitetura CISC e RISC

Tipologia: Resumos

2011

Compartilhado em 10/12/2011

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RESUMO DE SISTEMAS MICROPROCESSADOS
AUTOR DANIEL PEGORARO BERTINETI
ACADEMICO EM ENGENHARIA ELÈTRICA
MODELO DE VON NEUMANN: é uma arquitetura de computador que se caracteriza pela possibilidade de
uma máquina digital armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados.
MODELO DE HARVARD: baseia-se em um conceito mais recente que a de Von-Neumann, tendo vindo da
necessidade de por o microcontrolador para trabalhar mais rápido, tem como principal característica acessar a
memória de dados separadamente da memória de programa..
MICROPROCESSADOR: Um microprocessador é uma máquina capaz de resolver problemas através da
execução de instruções que lhe são dadas. Executa somas, comparações e copia dados de memória de um local
para outro.
As instruções formam a linguagem da maquina. (set de intruções – conjunto de Instruções).
Onde o programa fica armazenado? Fica armazenado na memória de programa, onde o processador busca e
executa. Linha de Instrução é a menor porção de um programa, sendo que o processador executa uma linha de
cada vez.
CPU: Sua função é buscar as informações da memória, examiná-las e processá-las. As transmissões são feitas
através de barramentos (externos ou internos). Possui sinais de controle que sinalizam controle de barramento,
interrupções, arbitragem do barramento, sinalização do co-processador e estado.
Partes da CPU: Unidade de Controle, ULA e Registradores.
Unidade de Controle: Quem buscas as informações e determina o tipo.
ULA: Onde executa as operações aritméticas e booleanas.
Banco de Registradores: Pequena memória que acelera a execução, pelo fato de estarem dentro da CPU. Os
mais importantes são PC e IR.
A execução de cada instrução compreende:
Buscar na memória a instrução a ser executada Alterar o PC para apontar para a próxima a ser executada
Determinar o tipo de instrução a ser executada Se a instrução usar uma palavra da memória, determinar onde
ela está Trazer a palavra para dentro de um registrador da CPU, se necessário; Executá-la Armazenar o
resultado na memória ou em um registradorVoltar para 1.
CAPACIDADE DE MEMÓRIA: Determina o tamanho máximo do programa que pode ser armazenado.
Números de posições é onde m é o número de pinos.
Largura de barramento: Determina a organização da memória e quantas palavras são escritas por operação.
MEMÓRIA: Sua função é armazenar o programa a ser executado e os dados das operações. (RAM – ROM)
RAM: São memórias que permitem escrita e leitura. Podem ser de dois tipos SRAM e DRAM.
SRAM: Constituídas de Flip-Flop, são caras, rápidas e ocupam bastante espaço. Mantém as informações
enquanto energizadas.
DRAM: Constituídas de capacitores, o baratas, lentas, ocupam pouco espaço. Mantém as informações por
pouco tempo precisando de refresh em intervalos de tempo.
ROM: Os dados armazenados na memória não podem ser alterados ou apagados. Os dados são gravados
através de processo de gravação sendo que o programa só pode ser trocado se substituir o chip, são baratas mas
logisticamente difíceis de serem usadas.
PROM: Podem ser programadas uma única vez, porém esta programação pode ser feita pelo cliente ou
desenvolvedor.
EPROM: Podem ser apagadas através de luz ultravioleta e gravadas novamente, esse processo de regravação
pode ser repetido algumas vezes.
EEPROM: Melhor que a EPROM, pois ela pode ser apagada através da aplicação de um pulso de tensão de
aproximadamente 13,75 V.
FLASH: As memórias deste tipo permitem que apenas alguns blocos sejam apagados.Estas apresentam altas
densidades e são as mais utilizadas atualmente.
No começo todos queriam facilitar a escrita dos programas, mas com o passar do tempo os projetistas
perceberam que quanto mais complexa a instrução mais rápida seria sua execução, surgindo computadores
caros com esta justificativa.
Problema: Falta de compatibilidade entre fabricantes. Programas mais complexos não rodavam em maquinas
mais simples.
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RESUMO DE SISTEMAS MICROPROCESSADOS

AUTOR DANIEL PEGORARO BERTINETI

ACADEMICO EM ENGENHARIA ELÈTRICA

MODELO DE VON NEUMANN: é uma arquitetura de computador que se caracteriza pela possibilidade de uma máquina digital armazenar seus programas no mesmo espaço de memória que os dados. MODELO DE HARVARD: baseia-se em um conceito mais recente que a de Von-Neumann, tendo vindo da necessidade de por o microcontrolador para trabalhar mais rápido, tem como principal característica acessar a memória de dados separadamente da memória de programa.. MICROPROCESSADOR: Um microprocessador é uma máquina capaz de resolver problemas através da execução de instruções que lhe são dadas. Executa somas, comparações e copia dados de memória de um local para outro. As instruções formam a linguagem da maquina. (set de intruções – conjunto de Instruções). Onde o programa fica armazenado? Fica armazenado na memória de programa, onde o processador busca e executa. Linha de Instrução é a menor porção de um programa, sendo que o processador executa uma linha de cada vez. CPU: Sua função é buscar as informações da memória, examiná-las e processá-las. As transmissões são feitas através de barramentos (externos ou internos). Possui sinais de controle que sinalizam controle de barramento, interrupções, arbitragem do barramento, sinalização do co-processador e estado. Partes da CPU: Unidade de Controle, ULA e Registradores. Unidade de Controle: Quem buscas as informações e determina o tipo. ULA: Onde executa as operações aritméticas e booleanas. Banco de Registradores: Pequena memória que acelera a execução, pelo fato de estarem dentro da CPU. Os mais importantes são PC e IR. A execução de cada instrução compreende: Buscar na memória a instrução a ser executada→ Alterar o PC para apontar para a próxima a ser executada → Determinar o tipo de instrução a ser executada→ Se a instrução usar uma palavra da memória, determinar onde ela está→ Trazer a palavra para dentro de um registrador da CPU, se necessário;→ Executá-la→ Armazenar o resultado na memória ou em um registrador→Voltar para 1. CAPACIDADE DE MEMÓRIA: Determina o tamanho máximo do programa que pode ser armazenado. Números de posições é onde m é o número de pinos. Largura de barramento: Determina a organização da memória e quantas palavras são escritas por operação. MEMÓRIA: Sua função é armazenar o programa a ser executado e os dados das operações. (RAM – ROM) RAM: São memórias que permitem escrita e leitura. Podem ser de dois tipos SRAM e DRAM. SRAM: Constituídas de Flip-Flop, são caras, rápidas e ocupam bastante espaço. Mantém as informações enquanto energizadas. DRAM: Constituídas de capacitores, são baratas, lentas, ocupam pouco espaço. Mantém as informações por pouco tempo precisando de refresh em intervalos de tempo. ROM: Os dados armazenados na memória não podem ser alterados ou apagados. Os dados são gravados através de processo de gravação sendo que o programa só pode ser trocado se substituir o chip, são baratas mas logisticamente difíceis de serem usadas. PROM: Podem ser programadas uma única vez, porém esta programação pode ser feita pelo cliente ou desenvolvedor. EPROM: Podem ser apagadas através de luz ultravioleta e gravadas novamente, esse processo de regravação pode ser repetido algumas vezes. EEPROM: Melhor que a EPROM, pois ela pode ser apagada através da aplicação de um pulso de tensão de aproximadamente 13,75 V. FLASH: As memórias deste tipo permitem que apenas alguns blocos sejam apagados.Estas apresentam altas densidades e são as mais utilizadas atualmente.

No começo todos queriam facilitar a escrita dos programas, mas com o passar do tempo os projetistas perceberam que quanto mais complexa a instrução mais rápida seria sua execução, surgindo computadores caros com esta justificativa. Problema: Falta de compatibilidade entre fabricantes. Programas mais complexos não rodavam em maquinas mais simples.

CISC (Computador com um Conjunto Complexo de Instruções): É uma linha de arquitetura de processadores capaz de executar centenas de instruções complexas diferentes sendo, assim, extremamente versátil. Lançado pela IBM este conceito de arquitetura, em que se tinha uma arquitetura padrão para diversas aplicações sem perder a compatibilidade. Utiliza a interpretação em que programas com instruções mais complexas são quebradas em instruções menores. Vantagens: Possibilidade de correção de instruções incorreta, ou falhas no hardware básico. Acrescentar novas instruções mesmo após a entrega da maquina a custo baixo, projeto estruturado possibilitando desenvolvimento e teste. Desvantagem: Conjunto de instruções muito grande, de 200 a 300 instruções diferentes dificultando o projeto de compiladores.

Um grupo se opôs a tendência de computadores caros e complexos. RISC (Computador com um Conjunto Reduzido de Instruções): é uma linha de arquitetura de processadores que favorece um conjunto simples e pequeno de instruções que levam aproximadamente a mesma quantidade de tempo para serem executadas. Vantagens: Instruções executadas em um ciclo. Projeto de compiladores mais fácil. Hardware mais simples. Todas instruções com tempo de execução igual. Apenas duas instruções acessa, a memória (LOAD, STORES), muitos registradores Desvantagens: Depende muito da qualidade do código, pois caso contrario irá gastar muito tempo para uma instrução. Requer sistema de memória rápida. Sistemas baseados nesta arquitetura apresentam grande quantidade de memória cachê interna o que encarece o projeto. RISC CISC Conjunto reduzido de instruções Muitas instruções Instruções menos complexas Instruções são complexas Unidade de controle hardwarizada Microcodificação das instruções Baixa capacidade de endereçamento para operações de memória, com apenas duas instruções básicas, LOAD e STORE

Alta capacidade de endereçamento para operações de memória

Arquitetura Harvard Arquitetura Von Neumann Grande número de registradores Número reduzido de registradores

Pepelining é uma técnica que permite execução simultânea de partes, ou estágios, de instruções, tornando o processo mais eficiente; Micro controladores: são computadores “embutidos” e não são vendidos como computadores. São dispositivos especializados, gerenciam dispositivos e interfaces. Possuem CPU e memória, muito utilizados em tecnologias low Power. Podem ser programado para funções específicas, em contraste com outros microprocessadores de propósito geral (como os utilizados nos PCs)..Custam poucos centavos. DSP: são microprocessadores especializados em processamento digital de sinal usados para processar sinais de áudio, vídeo, etc Podem ser em tempo real ou off-line. Possuem a capacidade de executar uma instrução complexa em alta velocidade (velocidade medida em milhões de instruções por segundo. Utilizado para filtros e transformada rápida de Fourier. Possuem arquitetura Harvard.

TAG: utilizado para identificar qual bloco está armazenado na cache TIPOS DE CACHE:São usados dois tipos de cache primário, ou cache L1 (level 1); e secundário, ou cache L (level 2). Este último é um pouco maior em termos de capacidade e passou a ser utilizado quando o cache L1 se mostrou insuficiente.

BARRAMENTOS E PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO: Os microprocessadores realizam diversos tipos de comunicações durante a sua operação;

  • Podem ser internas ao chip: busca de instruções ou dados ou Externas: Armazenamento de dados coletados , sistema processador + memória, entre processadores. COMUNICAÇÃO PARALELA: A informação é transmitida através de um barramento com vários sinais. EX: Comunicação entre CPU e Memória. COMUNICAÇÃO SERIAL: Transmitida bit a bit, um bit de cada vez. EX: Pen-drive. CANAIS SERIAIS:
    • Síncrona: Existe um canal de sincronismo entre Tx e Rx. (Sistema mestre, escravo)
    • Assíncrona: Não existe canal de sincronismo. Utiliza Start bit e Stop bit, para controlar inicio e fim da transmissão. INTERLIGAÇÃO DE SISTEMAS:
    • Simplex: Um elemento só transmite e outro só recebe. EX: Transmissão de TV.
    • Half Duplex: Os dois elementos transmitem e os dois recebem, porém não simultaneamente. EX: radio amador.
    • Full Duplex: Os dois elementos transmitem e recebem simultaneamente. EX: Telefone.

BARRAMENTO I²C: Desenvolvido pela PHILIPS, permite interligar vários dispositivos em um único barramento, usando apenas duas linhas. Vantagens:

  • Organização em blocos, facilitando o diagrama em blocos final.
  • Fácil detecção de erros.
  • Endereçamento e protocolo de transferência de dados totalmente definido via software.
  • Facilidade de inclusão e exclusão de elementos no barramento sem afetar o funcionamento.
  • Facilidade de desenvolver as placas de circuito impresso. Características:
  • Suporta qualquer tecnologia de produção.
  • Possui duas vias de comunicação, serial data (SDA) e serial clock (SCL) enquanto barramento esta livre fica em nível lógico alto.
  • Qualquer dispositivo conectado funciona como TX e RX.
  • Todo dispositivo tem endereço fixo no barramento
  • Capacitância máxima do barramento 400 pF, em torno de 8 equipamentos.
  • A taxa de transferência máxima é de 100kbit/s no modo padrão (standart), ou 400kbit/s no modo rápido (fastmode). Algumas definições: Master: Inicia, gera sinal de clock e encerra a comunicação. Multi-master: Vários dispositivos controlando o barramento.

BARRAMENTOS SPI: Desenvolvido pela Motorola, é um protocolo síncrono, full duplex e constituídos por 4 sinais:

  • MOSI – data input
  • MISO – data output
  • SCLK - Relógio
  • SS – Seletor de escravo Características:
  • Permite que um mestre se comunique com vários escravos.
  • Cada escravo tem uma entrada de seleção SS, ativa em nível alto.
  • Programação simples.
  • Velocidade mais alta que I²C

BARRAMENTO USB: Desenvolvido por varias empresas, possui 4 pinos, sendo um GND, dois de dados(D+ e D-) e um Vcc. Características:

  • Permite a conexão de periféricos sobre um único barramento.
  • Permite a conexão de até 127 dispositivos, usando hub’s USB.
  • PnP (Plug and Play)
  • Fornece energia ao aparelho
  • Altas taxas de transferências.
  • Microcontroladores podem utilizar este tipo de barramento para implementar a comunicação com dispositivos de massa, por exemplo, pendrive.

BARRAMENTO RS232: Barramento de comunicação de dados baseado em um DTE (Data Terminal Equipament) e um DCE (Data Communication equipament). Características:

  • Comunicação ponto a ponto.
  • Velocidade de 115600 Kbps
  • Vem sendo substituído pelo USB devido as altas velocidades
  • Distancia de 15m.

BARRAMENTO RS485: Este barramento difere do RS-232, pois este utiliza um par diferencial para medir os níveis alto e baixo. Características:

  • Distancia de até 1200 metros.
  • Permite vários dispositivos no mesmo barramento, até 32.
  • Velocidade de 10 M/bits
  • Utilizado em protocolos de indústrias MODBUS e PROFBUS.