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Arquitetura de Computadores Arquitetura Processadores Agenda: 1. Introdução (definição). 2. Funções 3. Arquitetura básica 4. Componentes 5. Funcionamento 6. Modelo de Von Ne 7. Interpretador 8. RISCX CISC 9. 4 p Computadores modernos Introdução O processador é um componente vital do processador sistema de computação. sistema Éo cérebro do computador. punçao Realizar operações de controle e de de processamento. relógios da CPU é o Hertz (HZ) dos Como se trata de freqüências elevadas, abreviam-se os valores usando-se MHz abreviam Buscar uma instrução na memória – ler; Buscar

Interpretar a instrução – decodificar; Interpretar Buscar os dados onde estiverem armazenados; Executar a operação com os dados; Guardar o resultado no local definido na Guardar instrução; Reiniciar o processo, apanhando nova Reiniciar instrução. Modelo de Von Neumann É uma arquitetura de computador que se uma caracteriza pela possibilidade de uma máquina digital armazenar seus programas no mesmo espa o de memória que os dados, podendo as 20F resultados são enviados para unidade de saída. Modernização do Modelo Particiona o modelo computacional em Particiona CPU, memória e entrada e saída.

CPU, Modelo de Barramento do Sistema É o caminho compartilhado responsável caminho pela comunicação entre os componentes. pela Barramento de dados: transporta a Barramento informação que está sendo transmitida; informação Barramento de endereços: identifica para onde a informação está sendo enviada; onde Barramento de controle: descreve aspectos sobre a informação que está sendo transmitida e de que forma; sendo Barramento de energia: responsável por levar energia aos compon 30F 14 computadores.

Interpretador Após especificar a linguagem de máquina Após de um processador, os projetistas devem ecidir: Se constroem um processador em hardware que execute diretamente os programas; que Ou se devem escrever um interpretador para interpretar os programas. Porém nesse caso é necessário que se projete um hardware para rodar o interpretador. para Interpretador (cont) Existem casos com parte da construção Existem híbrida, ou seja, parte da execução sob a responsabilidade de hardware e parte baseada na interpretação por software. aseada O iinterpretador divide as instruções em nterpretador um coniunto de pequenos 14 arquitetura para descrever o nível de compatibilidade entre as máquinas. Uma ova família de computadores poderia ter uma única arquitetura e muitas implementações diferentes. Como construir um computador de baixo custo capaz de executar todas as instruções complexas das máquinas de alta performance? alta A resposta foi baseada em máquinas com resposta hardware puro e em máquinas cujas instruções eram interpretadas.

Instruções Vantagens dos computadores mais Vantagens simples: Capacidade de corrigir eventuais erros ; Capacidade Oportunidade de incorporara novas instruções; Projeto estruturado que permitia o desenvolvimento, o teste e a documentação de instruções complexas. memorias principais havia alcançado a velocidade das memórias read-only, de modo que a read penalidade paga pela interpretação cresceu bastante o que favorecia as máquinas RISC. aquinas RISC x CISC (cont) Em função da melhor performance da Em tecnologia RISC, podemos acreditar que as máquinas projetadas em tecnologia CISC não teriam mais espaço no mercado. Porém isso não ocorreu por questão de Porém compatibilidade com as máquinas mais antigas e levando em consideração que as mudar de arquitetura seria jogar no lixo bilhões de dólares. bilhões Além disso a Intel tem se esforçado em Além tilizar idéias básicas do projeto RISC em suas máquinas com filosofia CISC. uas 6 4 por segundo, independente do tempo que cada instrução vai demorar pra ser executada. Computadores Modernos (cont) John Hennessy projetou o processador John Hennessy projetou MIPS (milhões de instruções por segundo) MIPS Esse principio sugere que o paralelismo Esse pode ter um papel muito importante na melhora de performance, visto que desta maneira é possiVel executar um grande número de instruções lentas ao mesmo tempo. Apesar das instruções serem pesar apresentadas na ordem lógica, nem sempre elas serão executadas nessa rdem.

Isso ocorre, pois alguns recursos necessários a sua execução podem estar ocupados. Caso uma instrução dependa de outra, Caso isso deve ficar claro no modelo de execução, ou Seia, para qu 4 registradores. A operação de transferir operandos da operaçao memória para os registradores deve ser realizada por instruções especiais. realizada Como o acesso a memória pode demorar, Como a execução das instruções especiais pode ser intercalada com a a execução de outras instruções, desde que as instruções especiais não façam nada além dessa transferência.

Isso leva a criação de nstruções LOAD e STORE para realizar acesso à memória. acesso Considerando que o acesso à memória é Considerando lento, há necessidade de se ter vários registradores (mínimo 32), de modo que, sempre que uma palavra venha da memória seu conteudo possa ser mantido em um registrador até que esse valor não seja mais necessário. seja O processo de armazenar o conteúdo de processo um registrador na memóri 80F 14 mais instruções por segundo. xecute Sabe-se que o maior gargalo para velocidade de execução de instruções é o acesso à memória e para tentar minimizar esse problema as máquinas tem apacidade de buscar antecipadamente instruções da memória de modo ? encontra-lla no processador quando encontra a chegar o momento de executá-llas. Tais chegar Instruções eram armazenadas em um conjunto de registradores chamados de buffer de pré-busca. buffer A pré-busca divide a execução das busca instruções em duas partes: a busca e a efetiva execução. fetiva O conceito de pipeline Ileva a estratégia conceito pipeline eva bem mais além, divide a execu 30 das instruções em várias parte entre quanto uma instrução demora pra ser executada (latência) e a quantos MIPS o processador executa (banda passante). xecuta É possível projetar um processador com possível dois pipelines, onde uma única unidade pipelines onde busca pares de instruções e coloca cada uma em um pipeline. ipeline A determinação do par de instruções determinação compatíveis é feita segundo um conjunto de regras. A existência de 4 pipelines é existência pipelines conceitualmente possiVel, porém seria necessário a duplicação de hardware. Portanto, em vez disso as máquinas de alta performance usam outra metodologia. A idéia básica é ter um único pipeline com pipeline com várias unidades funcionais. várias 0 DF 14