CPU-Instruções

Definição de Instruções de Máquina

O projecto de um processador é condicionado ao conjunto de instruções de máquina as quais se deseja que ele execute.

Uma das mais fundamentais análises e decisões do projecto envolve o tamanho

e a complexidade do conjunto de instruções.

Num processador, quanto menor e mais simples for o conjunto de instruções, mais rápido será o seu ciclo de tempo.

Actualmente há duas tecnologias de projecto de processadores

empregadas pelo mercado:

• Sistema com conjuntos de instruções complexo

(Complex Instruction Set Computer CISC);

• Sistema com conjunto de instruções reduzido

(Reduced Instruction Set Computer RISC).

Definição de CISC e RISC 

Reduced Instruction Set Computer ou Computador com um Conjunto Reduzido de Instruções (RISC), 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. A maioria dos microprocessadores modernos são RISCs, por exemplo DEC Alpha, SPARC, MIPS, e PowerPC.

O tipo de microprocessador mais largamente usado em desktops, o x86, é mais CISC do que RISC, embora chips mais novos traduzam instruções x86 baseadas em arquitetura CISC em formas baseadas em arquitetura RISC mais simples, utilizando prioridade de execução.

Os processadores baseados na computação de conjunto de instruções reduzido não tem micro-programação, as instruções são executadas diretamente pelo hardware.

Como característica, esta arquitetura, além de não ter microcódigo, tem o conjunto de instruções reduzido, bem como baixo nível de complexidade.

A idéia foi inspirada pela descoberta de que muitas das características incluídas na arquitetura tradicional de processadores para ganho de desempenho foram ignoradas pelos programas que foram executados neles.

Mas o desempenho do processador em relação à memória que ele acessava era crescente.

Isto resultou num número de técnicas para otimização do processo dentro do processador, enquanto ao mesmo tempo tentando reduzir o número total de acessos à memória.

 Formato das Instruções

Cada instrução consiste num grupo de bits que pode ser dividido em
duas partes:
• a primeira parte indica o que é a instrução e como será executada,
sendo constituída de um só campo;
• a segunda parte referese
ao(s) dado(s) que será(ão) manipulado(s)
na operação, podendo ser constituída por mais de um campo.
Assim, cada uma das instruções é composta pelos seguintes campos:
• um campo (subgrupo de bits) denominado código de operação –
C.Op. – cujo valor binário é a identificação (código) da operação a ser
realizada, o qual servirá de dado de entrada para o decodificados da
área de controle;
• o grupo restante de bits, denominado campo do operando – Op. ou
operando, cujo valor binário indica a localização do dado (ou dados) que
será(ão) manipulado(s) durante a execução da operação. 

Tamanho das Instruções

A definição dos códigos de operação do conjunto de instruções de um
processador pode ser feita por duas maneiras:
• instruções com C.Op. de tamanho fixo;
• instruções com C.Op. de tamanho variável.
 

No primeiro caso, todas as instruções têm um C.Op. com a mesma quantidade
de bits. 

A implementação das instruções e sua manipulação durante a
execução de um programa são facilitadas, ao passo que o tamanho do C.Op.,
e da própria instrução tende a aumentar, influenciando no aumento do
tamanho ocupado pelo programa na MP.

Tipos de Instruções  

Portanto, o conjunto de instruções da máquina deve ser suficiente para

expressar qualquer comando de uma linguagem de alto nível.

Podemos, então, classificar as instruções de máquina nos seguintes
tipos, dependendo da sua função:
• Processamento de dados: instruções aritméticas e lógicas;
• Armazenamento de dados: instruções de memória;
• Movimentação de dados: instruções de E/S;
• Controle: instruções de teste e desvio.

Ciclo de Instrução

CPU-Central Processing Unit

Definição de CPU ou UCP, e sua composição

O processador é a unidade central de processamento de computador ou sistema computacional.

O processador é um circuito integrado que executa instruções de máquina, realizando diversos cálculos e tomadas de decisão. É o cérebro do computador, pois qualquer tarefa é executa por ele.

O processador processa os dados que recebe, transformando-os em outros dados que chamamos de informação.

O processador também é denominado CPU (Central Processing Unit) ou UCP (Unidade Central de Processamento).

Definição de ALU ou ULA, e a sua função no CPU

A Unidade lógica e aritmética (ULA) ou em inglês Arithmetic Logic Unit (ALU) é a unidade do processador (Central Processing Unit, ou simplesmente CPU), que realmente executa as operações aritméticas e lógicas referenciadas pelos opcodes.

É na verdade, uma "grande calculadora eletrônica" do tipo desenvolvido durante a II Guerra Mundial, e sua tecnologia já estava disponível quando os primeiros computadores modernos foram construídos.

O matemático John von Neumann propôs o conceito de ULA em 1945, quando escreveu um relatório sobre os fundamentos para um novo computador chamado EDVAC.

A tecnologia utilizada foi inicialmente relés, herança da telefonia, e posteriormente válvulas, herança da radiofonia. Com o aparecimento dos transistores, e depois dos circuitos integrados, os circuitos da unidade aritmética e lógica passaram a ser implementados com a tecnologia de semi-condutores.

A ULA executa as principais operações lógicas e aritméticas do computador. Ela soma, subtrai, divide, determina se um número é positivo ou negativo ou se é zero. Além de executar funções aritméticas, uma ULA deve ser capaz de determinar se uma quantidade é menor ou maior que outra e quando quantidades são iguais. A ULA pode executar funções lógicas com letras e com números.

Qual a sua função no processador

Os processadores são fabricados contendo registradores destinados o
armazenamento de dados servindo também de memória auxiliar
básica da ULA.
 

 Além dos registradores de dados, os processadores possuem, em
geral, outros registradores (que não participam diretamente da função
processamento), com funções específicas ou que funcionam para a
área de controle.

Definição de UC e sua função no CPU

A UC é o dispositivo mais complexo do processador.

Ele possui a lógica necessária para realizar a movimentação de dados
e instruções “de” e “para” o processador, através dos sinais de controle
que emite em instantes de tempo determinados conforme uma
programação prévia.

Qual a sua função no CPU

Controlar a transferência de dados e instruções para dentro e fora
da CPU;

Registadores Utilizados no UC

Registador de Instrução;

Contador de Instrução;

Registador de Dados da Memória;

Registador de Endereços de Memória;

Função do Relógio

A Função dos Relógios são para:

Sincronizar;

Cedenciar ou seja controlar a velocidade com que eles ocorrem;

Pode ser entendido com um dispositivo de controle;

Evolução dos Processadores

Evolução dos Processadores