A Arquitetura de Computador

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- a ULA ( Unidade Lógica e Aritmética ): onde o processamento dos dados ocorre

- os registradores da CPU: onde os dados de entrada ( operandos ) ou saída ( resultado ) das operações são armazenados.

- a UC ( Unidade de Controle ): que gera os sinais que coordenam o funcionamento da CPU.

Existe ainda um quarto componente, que é o sistema de barramentos internos da CPU, que promove a comunicação ( movimento de dados ) entre os outros três elementos.

Como podemos ver na figura seguinte, todos estes elementos se comunicam através de um barramento.

[pic 2]

Figura 1 - A organização de um computador simples

Na figura, também podemos ver que a CPU internamente é composta por várias partes distintas. A unidade de controle é responsável por buscar instruções na memória e determinar o seu tipo ( ou seja, decodificar a instrução ). A Unidade Lógica e Aritmética executa operações matemáticas simples como adição e E booleano.

A CPU também contém uma pequena quantidade de alta velocidade, que é utilizada na execução de instruções. Essa memória é organizada em registradores. Cada registrador tem um tamanho fixo (comprimento em bits) e um propósito específico, como o Contador de Programa (PC – Program Counter). A função de PC é identificar qual a próxima instrução a ser trazida para a CPU do programa em execução. Ou o Acumulador que é acessado pelos programas para fornecer operandos ou ler o resultado de operações. O acumulador é um registrador visível ao programador. Já o PC nem sempre é.

Na figura abaixo, segue um diagrama de blocos simplificado do caminho de dados antes e depois da execução de uma instrução pela ULA ( Unidade Lógica e Aritmética ) de um microprocessador.

Os registradores e a ULA formam um caminho de dados.

[pic 3]

Figura 2 - Um exemplo de caminho de dados

Os dados são movimentados para um ou para os dois registradores que alimentam a ULA com os dados de entrada. E os dados são movidos deles para a própria ULA através de um barramento que interconecta estes elementos.

A ULA ira realizar as operações matemáticas mais básicas, como soma e comparação e mover o resultado para um registrador de saída.

Posteriormente o conteúdo deste registrador será movido para outro registrador e de lá para a memória principal.

Neste ponto, podemos estabelecer a distinção entre dois tipos diferentes de instruções: instruções registrador-registrador e instruções registrador-memória. As primeiras dependem apenas dos dados que estão armazenados na CPU e as segundas precisam buscar dados da memória principal, através do barramento.

O processo de submeter dois valores à ULA e obter um resultado é chamado de ciclo do caminho de dados. Este ciclo é o núcleo da maioria das CPUs, pois determina o que ela pode fazer. Quanto mais rápido a CPU conseguir executar este ciclo, mais rápido se dará o processamento.

Além do ciclo do caminho de dados, interno à CPU, temos o ciclo externo, que determina como a CPU interage com os dados que estão fora da CPU, na memória principal.

A CPU executa cada instrução em uma série de pequenos passos.

1- Trazer a próxima instrução da memória até o registrador

2- Alterar o contador de programa para indicar a próxima instrução

3- Determina o tipo da instrução

4- Se a instrução necessitar de uma palavra da memória, determinar onde esta palavra está

5- Trazer a palavra para dentro de um registrador da CPU, se necessário

6- Executar a instrução

7- Voltar à etapa 1 para iniciar a execução da instrução seguinte

Esta seqüência costuma ser denominada ciclo buscar-decodificar-executar. É fundamental para a operação de todos os computadores.

Lembre que o programa é armazenado na memória na forma instruções que o processador consiga interpretar. Voltando à máquina multiníveis, o programa escrito originalmente em linguagem de alto nível sofreu vários níveis de tradução antes que pudesse ser executado diretamente pelo processador.

Processadores

Também conhecido como UCP ( Unidade Central de Processamento ) ou CPU ( Central Process Unit ) na sigla em inglês, processador é o cérebro do computador. Sua função é executar os programas armazenados na memória principal, buscando cada uma das instruções, examinando-as e executando-as uma após a outra. É constituído de diversas partes: a unidade de controle é responsável por buscar as instruções na memória principal e por determinar o tipo de cada instrução, isto é, decodificar as instruções. A unidade de lógica aritmética ( ULA ) realiza um conjunto de operações necessárias à execução das instruções. O processador possui uma pequena memória de alta velocidade,composta pelos registradores da CPU, utilizada para armazenar resultados temporários e informações de controle. Essa memória é formada por um conjunto de registradores, cada qual com determinado tamanho e função. O registrador mais importante é o Program Counter, ( PC ) cujo valor aponta para a próxima instrução a ser buscada na memória para ser executada. Outros registradores importantes são o Registrador de Instruções ( IR - Instruction Register ) que armazena a instrução que está sendo executada, o Registrador de Status, que armazena os bits ( flags ) referentes ao resultado da última operação executada ( se o resultado foi zero ou negativo, por exemplo ), e o Acumulador, utilizado pelos programas para armazenar os resultados das operações processadas.

[pic 4]

Figura 3- Estrutura de um Processador

Quando diz-se que um processador é de 8, 16, 32 ou 64 bits, por exemplo, geralmente é uma referência ao número de bits armazenados nos registradores da CPU. Uma CPU de 64