aula 04 instruções aritméticas

7/23/2019 Aula 04 Instrues Aritmticas

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ARQUITETURA E ORGANIZAO DE COMPUTADORES

INSTRUES ARITMTICASIgor Luiz Oliveira de Souza


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AGENDA 1. Organizao de um Computador

Arquitetura de Von Neumann (rpida reviso)

2. Arquitetura MIPS Componentes bsicos Conceito de programa armazenado Instrues bsicas

Linguagem de Montagem (Assembly)Instrues aritmticas

Programa adaptado da aula Sistemas Processadores e Perifricos

Prof. Frank Sill Torres

DELT Escola de Engenharia UFMG


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ORGANIZAO DE UM COMPUTADOR

Arquitetura de Von Neumann


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ORGANIZAO DE UM COMPUTADOR


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ARQUITETURAMIPS

MIPS (Microprocessor without Interlocking Pipeline Stages)

Arquitetura tipo RISCVerses de 32 e 64 bits (ns usamos: 32 bits)

Quase 100 milhes de processadores MIPS fabricados em 2009

Usada pela NEC, Nintendo, Cisco, Silicon Graphics, Sony, impressorasHP e Fuji, etc.


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ARQUITETURAMIPS

Componentes bsicos:BarramentoUnidade de controleBanco de registradoresUnidade lgica e aritmtica (ALU)Contador de programa (PC)

Registrador de instrues (IR)Memria


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ARQUITETURAMIPS


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ARQUITETURAMIPSBarramento

A interconexo dos componentes bsicos (exceto unidade decontrole) se d por meio do barramento (bus)

Barramento um conjunto de condutores por meio dos quais os bitsso transmitidos

Maior parte dos barramentos do MIPS tem 32 bits de largura


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ARQUITETURAMIPSUnidade de controle

Implementado no nvel de hardware para buscar uma sequencia desinais de controle na memria (programa) e execut-las

Envia sinais de controle para orientar os MUX sobre qual barramentode entrada deve ser selecionado para sada

As trilhas de controle no esto mostradas no diagrama simplificado


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ARQUITETURAMIPS

Banco de registradores

A arquitetura MIPS possui um banco de 32 registradores

Cada um deles comportam valores de 32 bits

O nome de todos os registradores comea com o smbolo docifro: $


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ARQUITETURAMIPS


Adota-se uma conveno que especifica quais deles devem serutilizados em certas circunstncias

Os registradores PC (contador de programas) e IR (registrador

de instruo) no fazem parte do banco de registradores


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ARQUITETURAMIPS



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ARQUITETURAMIPS

Unidade lgica e aritmtica (ALU)

Responsvel pela execuo (em binrio) das seguintes operaes:- Aritmticas- Lgicas (AND, OR, NOT, XOR)

A operao a ser realizada depende do cdigo de operao buscadona memria principal


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ARQUITETURAMIPS

Contador de programa (PC)

um registrador que inicializado pelo sistema operacional com oendereo da primeira instruo do programa armazenado na memria

Todas as instrues tm 32 bits de tamanho

Aps uma instruo ser buscada na memria e armazenada no IR, o PC incrementado em quatro Bytes, de forma que o CPU ter o endereoda prxima instruo a ser executada


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ARQUITETURAMIPSMemria Pode ser vista como um grande arranjo de clulas:

onde informaes so armazenadas(store)de onde informaes so buscadas(load)

Tais operaes so realizadas sobre uma palavra por vez

A arquitetura MIPS define palavras de 4 Bytes de tamanho

A menor unidade de endereamento um Byte


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ARQUITETURAMIPS

Registrador de instruo (IR)

um registrador de 32 bits que possui uma cpia da mais recenteinstruo buscada na memria

A depender do cdigo contido no IR, a unidade de controle determinar

qual a operao a ser realizada


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ARQUITETURAMIPS

Conceito de Programa Armazenado

John Von Neumann em 1942 (tambm: Arquitetura-von-Neumann)

Instrues so codificadas em bits

add $17, $18, $19 00000010010100111000100000100000

Programas so armazenados na memria Instrues so lidas e escritas da memria assim como os dadosque sero transformados (processados)


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ARQUITETURAMIPS

Conceito de Programa Armazenado

Ciclo de busca e execuo da instruo (simplificado) 1. Instrues so lidas da memria e carregadas no registrador RI

2. Os bits da instruo guardada no registrador RI so decodificados e controlam

as aes subsequentes

3. A instruo executada e o endereo para a leitura da prxima instruo calculado


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ARQUITETURAMIPSLinguagem de Montagem (Assembly)

Todas as instrues aritmticas e lgicas com trs operandos

A ordem dos operandos fixa (destino primeiro)

Sintaxe de instrues assembly:

o1. Label: opcional, identifica bloco do programao2. Cdigo de operao: indicado por um Mnemnicoo3. Operandos: Registradores ou memriao4. Comentrios: opcional, tudo que vem depois do #


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ARQUITETURAMIPSLinguagem de Montagem (Assembly) Instrues aritmticas

Sabendo-se que:

1) O cdigo de instruo de soma add;

2) Somente uma operao feita por instruo;3) Cada instruo tem trs operandos: nesse caso 2 para serem

somados e1 para guardar a soma;

Como ficaria a sequencia de instrues para:a = b + c


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Sabendo-se que:

1) O cdigo de instruo de soma add;2) Somente uma operao feita por instruo;3) Cada instruo tem trs operandos: nesse caso 2 para serem

somados e1 para guardar a soma;

Como ficaria a sequencia de instrues para:a = b + c + d + e


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Exigir que cada instruo tenha exatamente 3 operandos, est de acordo

com a filosofia de manter o hardware simples:1) O hardware para um nmero varivel de operandos mais

complicado do que o hardware para um nmero fixo;

1Princpio de Projeto MIPS: A simplicidade favorece a regularidade


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Sabendo-se que:

1) O cdigo de instruo da subtrao sub;

2) Somente uma operao feita por instruo;

3) Cada instruo tem trs operandos;

Como ficaria a sequencia de instrues para:

a = b + c

d = a - e


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Sabendo-se que:

1) O cdigo de instruo da subtrao sub;

2) Somente uma operao feita por instruo;

3) Cada instruo tem trs operandos;

4) Necessidade de estruturas temporrias;

Como ficaria a sequencia de instrues para:

f = (g+h) (i+j)


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Operandos de hardware do computador:

1) Os operandos das instrues so restritos e precisam ser de umgrupo limitado de locais especiais embutidos diretamente no hardware,chamados registradores.

2) Cada um dos 3 operandos das instrues aritmticas do MIPSprecisa ser escolhido a partir dos 32 registradores de 32 bits.


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Motivo de serem 32 registradores:

- Uma quantidade maior de registradores pode aumentar o ciclo doclock simplesmente porque ossinais eletrnicoslevam mais tempoquando precisam atravessar uma distncia maior.

2Princpio de Projeto MIPS: menor significa mais rpido


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Operandos de hardware do computador:

- Embora pudssemos simplesmente escrever instrues usandonmeros para os registradores, de 0 a 31, a conveno do MIPS usarnomescomumsinal de cifro seguido por doiscaracteres para representarumregistrador. Por conveno, teremos:

- $s0, $s1..., $s7 - para registradores que correspondem s

variveis dos programas em C, Java...- $t0,$t1,...,$t7 para registradores que possuem valores

temporrios para compilar o programa nas instrues MIPS.


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Exemplo

Some b com c e coloque o resultado em a

Equivalente ao comando em linguagem C :

Instruo de linguagem de montagem :


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ARQUITETURAMIPS Exemplo


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INSTRUES ARITMTICASExemplo

f = (g+h) (i+j)

As variveis f,g,h,i e j so associadas aos registradores $s0, $s1, $s2, $s3 e $s4,respectivamente. Qual o cdigo MIPS compilado?


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INSTRUES ARITMTICASInstrues imediatas:

Constantes so usadas com frequncia em operaes;

Nesses casos, incluir constantes em uma instruo agiliza as operaes, em vez decarregar asconstantesa partir da memria;

Tais instrues so conhecidas como instrues imediatas.

3Princpio de Projeto MIPS: Agilize os casos mais comunsAs instrues imediatas ilustram este princpio.


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INSTRUES ARITMTICASInstruo addi:

addi = add immediate = operao usada para somar com uma constante

Ex: a = b + 4;addi $s0, $s1,4 # $s0 $s1 + 4


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Pseudo-Instrues:

Instrues que no existem para o processador MIPS. Elas so chamadaspseudo-instrues e podem ser utilizadas pelo programador porque sotraduzidas pelo montador para uma sequencia de instrues MIPSexistentes. So algumas delas:

li load imediate (carregador imediato)

Ex: li $t0,4 # $t0 4


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Pseudo-Instrues:

mult Multiplicao

Ex: mult $s0, $s1, $s2 # $s0 $s1 X $s2

div Diviso

Ex: div $s0, $s1, $s2 # $s0 $s1 / $s2


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Exerccios:

Escreva um cdigo de instrues do MIPS que forem necessrios para assituaes abaixo: 2 X 5;

1 Passo: Carregar os nmeros nos registradoresli $t0,2 # $t0 2

li $t1,5 # $t1 5

2 Passo: Operao de multiplicaomult $t2, $t0,$t1 # $t2 $t0 x $t1


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Exerccios:

Escreva um cdigo de instrues do MIPS que forem necessrios para assituaes abaixo: 8 + 3 - 7;

1 Passo: Carregar os nmeros nos registradoresli $t0,8 # $t0 8

li $t1,3 # $t1 3li $t2,7 # $t2 7


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Exerccios:

Escreva um cdigo de instrues do MIPS que forem necessrios para assituaes abaixo: 8 + 3 - 7;

2 Passo: Operao de adioadd $t3, $t0,$t1 # $t3 $t0 + $t1

3 Passo: Operao de subtraosub $t4, $t3,$t2 # $t4 $t3 - $t2

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