Arquitetura e organiza

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Arquitetura e organização de computadores

• Ciclo de instrução
• Aula 08
• Prof. Diovani Milhorim

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Ciclo de instrução

• CICLO DE INSTRUÇÃO
• Para se executar um programa, primeiramente ele
  precisa ser carregado (armazenado) na MP, o que é
  feito pelo Sistema Operacional, que também se
  encarrega de informar à UCP onde o programa
  começa.
• O Sistema Operacional faz isto "setando" o
  Contador de Instruções (isto é, colocando no CI o
  endereço da MP onde está localizada a primeira
  instrução daquele programa).

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Ciclo de instrução

• CICLO DE INSTRUÇÃO
• A partir do carregamento do programa se realiza o
  processamento automático, executando-se as
  instruções seqüencialmente uma a uma, o que é
  obtido através do incremento automático do
  CI.Obs Se o programa inclui uma instrução de
  desvio, o fluxo seqüencial pode ser alterado.

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Ciclo de instrução

• CICLO DE INSTRUÇÃO
• A UCP não diferencia um dado de uma instrução. A
  UCP não "executa" dados devido ao conteúdo do CI,
  que é incrementado pelo tamanho da instrução e
  fica sempre apontando para a próxima instrução.
  Mas se em um programa houver uma instrução de
  desvio para um endereço em que esteja contido um
  dado, a UCP interpretaria o valor binário do dado
  como se fosse o código de uma instrução, tentaria
  executar e o resultado seria imprevisível.

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Ciclo de instrução
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Ciclo de instrução

• Ciclo de InstruçãoPrimeiro passo
• A UCP busca o código de operação na MP e
  armazena no Registrador de Instrução da UC Fase
  Busca da instrução - (Instruction Fetch) - ciclo
  de busca
• RI lt--- (CI)

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução Busca de instrução
• Micro-operações - a UC lê o conteúdo do CI
  (endereço da próxima instrução ) e coloca o
  endereço no REM- a UC envia um sinal à memória
  de operação de leitura (memory read), via
  barramento de controle- a memória lê o endereço
  que está no REM, via barramento de endereços, e
  busca o conteúdo da célula referenciada- a
  memória coloca no RDM, via barramento de dados, o
  conteúdo da célula lida- a memória envia à UC,
  via barramento de controle, um sinal de "leitura
  concluída"- a UC transfere o código de operação
  (o conteúdo do RDM) ao RI.

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Segundo passo
• A UC (decodificador de instruções) decodifica o
  Código de Operação.Fase Busca da instrução -
  (Instruction Fetch) - ciclo de busca

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Segundo passo
• Micro-operações- o Decodificador de Instruções
  decodifica o opcode- o Decodificador de
  Instruções determina quantas células a instrução
  ocupa- a UC incrementa o CI para apontar para a
  próxima instrução CI lt--- (CI n), onde n nº
  de células que a instrução ocupa.- a UC
  incrementa o REM para apontar para o operando
  REM lt--- (REM 1)

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Terceiro passo
• A UC busca (se houver) o(s) operando(s).
• Fase Busca de operandos (Operand Fetch) - ciclo
  de execução
• RI lt--- (Op)

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Terceiro passo
• Micro-operações - a UC envia um sinal à memória
  de operação de leitura (memory read), via
  barramento de controle- a memória lê o endereço
  que está no REM, via barramento de endereços, e
  busca o conteúdo da célula referenciada- a
  memória coloca no RDM, via barramento de dados, o
  conteúdo da célula lida- a memória envia à UC,
  via barramento de controle, um sinal de "leitura
  concluída"

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Terceiro passo
• Micro-operações - a UC transfere o operando (o
  conteúdo do RDM) ao RI. Se o operando é o
  próprio dado  -- a UC transfere o dado (o
  conteúdo do RDM) ao ACC. -- vai para operação 4
  
• caso contrário (continua)

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Terceiro passo
• Micro-operações 
• caso contrário Se o operando é um ponteiro
  para onde o dado está armazenado  -- a UC
  coloca no REM o endereço de onde o dado está
  armazenado -- Repete-se o processo de leitura
  da memória. -- a UC transfere o dado (o conteúdo
  do RDM) ao ACC-- vai para operação 4.

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Quarto passo
• A UC comanda a execução da instrução (a operação
  é executada sobre o dado).Fase Execução da
  instrução - ciclo de execução- UAL executa a
  instrução.

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Quinto passo
• Se o programa tiver terminado, Para
• senão, volta ao passo 1.

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Exemplo 1
• Observe o formato da instrução e o conteúdo da
  memória principal na máquina hipotética a seguir

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Exemplo 1 formato de instrução

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Exemplo 1 Conteúdo da memória principal

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Exemplo 1
• Solução
• O CI tem 8 bits porque o operando tem 8 bits o
  mapa de memória também mostra isso, com os
  endereços ocupando 2 dígitos hexadecimais (cada
  dígito hexadecimal requer 4 bits).
• A célula de memória tem 8 bits, conforme vemos
  pelo mapa de memória, em que os conteúdos das
  células ocupam 2 dígitos hexadecimais. 
• O RI tem 16 bits porque a instrução tem 16 bits.
• ACC - não daria para assegurar porque depende do
  tamanho da palavra vamos assumir 8 bits, de vez
  que como o operando, o opcode e a célula têm 8
  bits, o RDM e o Acumulador provavelmente também
  terão 8 bits
• A instrução ocupará 2 células, logo o incremento
  do CI n 2

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Exemplo 1
• Nesta máquina, considere que o código de operação
  2A significa
• LDA Op gt ACC lt--- (Op)
• Obs. A instrução do exercício LDA Op (LDA é um
  mnemônico para "load accumulator") significa
  "carrega no acumulador o conteúdo da posição de
  memória indicada no operando".

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Exemplo 1
• Vamos acompanhar o processamento da instrução
• LOAD (2A neste exemplo) gt colocar o conteúdo do
  endereço indicado pelo operando no ACC (carrega
  dado no acumulador)
• T0, T1 e T2 representam os diversos estados dos
  registradores (nos respectivos tempos do ciclo de
  busca da instrução). 
• n2 (2 acessos à MP para buscar instrução)

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Exemplo 1

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Exemplo 2
• Considerando a mesma máquina do exemplo anterior,
  qual seria o processamento da instrução
•  LDIA Op gt ACC lt--- ((Op))
• Obs. A instrução do exercício LDIA Op (LDIA é um
  mnemônico para "load accumulator indirect")
  significa "carrega no acumulador o conteúdo da
  posição de memória apontada pela posição indicada
  no operando". Portanto, a posição de memória
  indicada pelo Operando é um ponteiro para a
  posição onde está o dado e existe uma indireção.

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Ciclo de instrução

• Ciclo de Instrução
• Exemplo 2