Estrutura e funcionamento da cpu

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INTRODUÇÃO A ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES – NOTAS DE AULA

ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO DA CPU

ÍNDICE:

1. Organização do Processador........................................................................... 2 2. Organização de Registradores......................................................................... 3 3. Ciclo deInstrução............................................................................................ 10 4. Pipeline de Instruções..................................................................................... 14 5. Características e Recursos............................................................................. 20 6. Evolução da Família de Processadores x86 e Seus Compatíveis............... 23 7. O Processador PentiumII............................................................................... 41 8. O Processador PowerPC................................................................................. 52 9. Bibliografia....................................................................................................... 60 10. Lista de Exercícios......................................................................................... 611 de 62

INTRODUÇÃO A ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES – NOTAS DE AULA

1.

ORGANIZAÇÃO DO PROCESSADOR

Para entender a organização da CPU, devemos considerar as ações que ela deve executar: • • • • Busca de instrução: a CPU lê uma instrução da memória. Interpretação de instrução: a instrução é decodificada para determinar a ação requerida. Busca de dados: a execução de uma instrução poderequerer efetuar uma operação aritmética ou lógica sobre os dados. Escrita de dados: os resultados da execução podem requerer escrever dados na memória ou em um módulo de E/S. Para executar essas ações, a CPU precisa armazenar alguns dados

temporariamente. Ela deve manter a posição de memória da última instrução, para saber onde obter a próxima instrução, e precisa também armazenar instruções edados temporariamente, enquanto uma instrução está sendo executada. Em outras palavras, a CPU necessita de uma pequena memória interna. A Figura 1 é uma visão simplificada de uma CPU, que indica também sua conexão com o resto do sistema, por meio do barramento de sistema. Uma interface semelhante é necessária para qualquer das estruturas de interconexão descritas na aula de Barramentos. Oscomponentes mais importantes da CPU são a unidade lógica e aritmética ou ULA e a unidade de controle ou UC. A ULA efetua o processamento de dados. A UC controla não só a transferência de dados e instruções para dentro e para fora da CPU, como também a operação da ULA. A figura mostra, além desses componentes, uma memória interna mínima, constituída de um conjunto de posições de armazenamento denominadasregistradores.

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INTRODUÇÃO A ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES – NOTAS DE AULA

Figura 1: A CPU com o barramento do sistema A Figura 2 é uma visão um pouco mais detalhada da CPU. São indicados os caminhos de transferência de dados e de sinais de controle, o que inclui um elemento denominado barramento interno da CPU. Esse elemento é necessário pra transferir dados entre os váriosregistradores e a ULA, uma vez que esta última apenas opera sobre dados localizados na memória interna da CPU. A figura mostra ainda os elementos básicos típicos de uma ULA. Note a semelhança entre a estrutura interna do computador como um todo e a estrutura interna da CPU. Em ambos os casos, existe uma pequena coleção de elementos importantes, conectados por caminhos de dados.

Figura 2: Estruturainterna da CPU

2. ORGANIZAÇÃO DE REGISTRADORES
Um sistema de computação emprega uma hierarquia de memória. Nos níveis mais altos da hierarquia, a memória é mais rápida, menor e mais cara (custo por bit). Dentro da CPU, existe um conjunto de registradores que funciona como um nível da hierarquia de memória acima da memória principal e da memória cache. Os registradores da CPU têm duas funções:...
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