material de aula topav arq unidade 2 rev org func sc 2015 1 [rev1]

1TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.

II REVISO SOBRE A ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO

Unidade 2

TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.

Estrutura organizacional Barramentos rea de processamento

(execuo) rea de controle

ELEMENTOS DE PROJETO DE PROCESSADORESORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO


ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO

QUESTES1. Quais so os mdulos funcionais bsicos que constituem um sistema de

computao?2. Qual a vantagem do emprego de barramentos em microcomputadores?3. Qual a influncia da largura de um barramento de um sistema de computao?4. Qual o valor, em bits, da largura de uma barramento serial?5. O que se entende por taxa de transferncia de uma barramento? E largura de

banda (ou simplesmente banda)?6. Por que as arquiteturas mais recentes empregam mais de um nvel de

barramento em vez de um nico (interligando todos os componentes) comoantigamente?



ESTRUTURA ORGANIZACIONAL


ESTRUTURA EM NVEIS DE BARRAMENTOSORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO


BARRAMENTOS

* Funes dos barramentos (BE, BD e BC)

* Tipos de barramentos

* Elementos de desempenho (taxa de transferncia)


Conexo eltrica e de controle entre Processador, Memria Cache, Memria RAM e Dispositivos de E/S


FUNES DOS BARRAMENTOS

Em uma operao de transferncia, grupos de fios realizam funesdiferentes, atribuindo-se nomes diferentes a estes grupos de fios:

Barramento de Endereos (BE) - Conduzem bits de endereos de acesso. So unidirecionais .

Barramento de Dados (BD)- Conduzem bits de dados transferidos no acesso. So

bidirecionais .



Barramento de Controle (BC)- Cada fio transporta um sinal especfico de uma determinada

ao, evento ou para garantir uma operao. So independentes no tempo, na funo, na direo do fluxo do sinal.Exemplos: * para sinalizar operao de escrita;

* para sinalizar operao de leitura;* para passar voltagem de alimentao; * fio terra;* sinal do relgio;* sinal de controle de acesso de endereo de coluna; * sinal de controle de acesso endereo de linha; * sinal de estabilizao de dados no BD;* sinal de solicitao de acesso ao barramento;


FUNES DOS BARRAMENTOS


CARACTERSTICAS DE BARRAMENTOSBarramento de Endereos BE

* Largura quantidade de fios (bits)2BE = N, sendo N = quantidade de endereos de memria

Barramento de Dados - BD* Largura (L) medida em bits* Velocidade (V) medida em Hertz (Hz)* Taxa de Transferncia (T) medida em bps (bits/seg) ou Bps (Bytes/seg)


T = L * V



EXERCCIO

Um sistema de computao tem um processador de 2GHz e soquete com204 pinos e 4GB de memria RAM com cada clula contendo 16 bits, sendointerligados por um barramento com velocidade de 400 MHz.; sabe-se que obarramento de controle possui 132 fios.Calcule o valor da taxa de transferncia de dados desse barramento.

CARACTERSTICAS DE BARRAMENTOS


CARACTERSTICAS DE BARRAMENTOSORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO

SOLUO DO EXERCCIOTotal de pinos do processador = soma dos pinos (fios) usados pelos3 barramentos (BE + BD + BC).204 = 132 + BE + BDMemria 4GB, clula 16 bits, logo 4GB/16b = 4 * 8/16 = 32Gb/16b = 235/24 = 230 x 25/24 = 231 = 2Gb2BE = 2Gb. Ento: BE = 31 bits (fios)204 = 132 + 31 + BD. Assim: BD = 204 132 31 = 41 bits (fios)Taxa de transferncia (T) = velocidade (V) * largura do BD (L)Sendo V = 400 MHz (ou 400 Mbps/fio) e L = 41,T = 400M * 41 = 16400 Mbps ou 16,4 Gbps


RELEMBRANDOGrandezas Usadas para AbreviarValores em Computao Unidades de Medida de Espao

e Tempo Pequenos

(Ateno aos valores representadosem potncia de 2 e em potncia de 10)


RELEMBRANDO8 bits = 1 ByteExemplo: 512 bits equivalem a quantos Bytes?8 bits -------- 1 Byte512 bits -------- x

8x = 512 x = 512/8 = 29/23 = 26 = 64 Bytes

Logo:Para passar de bit para Byte, divide por 8.Para passar de Byte para bit, multiplica por 8.


TIPOS DE BARRAMENTOSORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO

- Interno ou via de dados (data path)- Externos

* Paralelos** do sistema (system bus) FSB (Intel); Hyper Transport (AMD)** de E/S: ISA PCI AGP

* Seriais (E/S)USB PCI Express Firewire



Data path

Condutores de Sinais de controle


EXEMPLOS DE BARRAMENTOS AGP Acelereted Graphics Port

1a verso em 1996 V = 66 MHz e L=32 bits T = 264MB/s (266) 2a verso em 1998 dobro da transferncia = 528 MB/s maior taxa = 2.133 MBps


PCI Peripheral Communications Interface 1a verso em 1992 V = 33 MHz e L = 32 e T = 133MB/s ltima verso: 133MHz T = 4.266 Mbps

PCI Express 2002 serial e no paralelo. Operava a 2,5GHz v3.0 8 Gbps e 16 bits T = 16 GBps


SOBRE BARRAMENTOSORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO

Durante dcadas a arquitetura dos barramentos dos PCs eraparalela, compartilhando-se transferncia de dados entreProcessador, Memria e Dispositivos de E/S

Sistemas mais atuais, no entanto, vem usando ligaes ponto aponto (e em srie) em vez de compartilhada.

A razo principal deve-se s restries eltricas acarretadas peloaumento da frequncia de operao dos barramentos. O problemaainda se agravou com o surgimento de processadores multincleos.

Exemplo disso o QPI Quick Path Interconect, desenvolvidopela Intel (1a verso em 2007) e que vem sendo usado nas ltimasgeraes de processadores I (i3, i5 e i7).


FSB (antes)

QPI (depois)

Imagens retiradas de: http://www.clubedohardware.com.br/artigos/Tudo-o-Que-Voce-Precisa-Saber-Sobre-o-Barramento-QuickPath/1554

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REA DE PROCESSAMENTO (EXECUO)

REA DE CONTROLE (BUSCA E DECODIFICAO)



QUESTES1. Quais so os dispositivos principais da rea de processamento (execuo de um

processador?2. Quais so os dispositivos principais da rea de controle?3. Por que as linguagens de programao possuem dois tipos de dados numricos

(inteiros e fracionrios)4. Qual o dispositivo responsvel pelo sincronizao de eventos e que controla a

cadncia de execuo das microoperaes?

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REA DE PROCESSAMENTO (EXECUO)Unidades de clculo (ULA) unidade lgica e aritmtica realiza as operaes aritmticas e lgicas existentes no conjunto de instrues do processador.Unidade de Ponto Flutuante FP Executaoperaes aritmticas com nmeros fracionrios e nmeros muito grandes ou muito pequenos. Registradores de Dados - armazenam os dados a serem manipulados pelas unidades de clculo.Registrador de Controle armazena elementos de ajuda na interpretao de ocorrncias em operaes(bit de overflow, bit de underflow, bit de vai 1 emoperaes de soma, bit indicador de resultado zero, etc)


ELEMENTOS BSICOS DE PROJETO DE PROCESSADORESORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO

REA DE CONTROLE (BUSCA E DECODIFICAO)

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ELEMENTOS BSICOS DE PROJETO DE PROCESSADORESORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO


II REVISO SOBRE A ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO

Unidade 2 (cont.)

CONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA

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1. Quais so as partes bsicas do formato de uma instruo de mquina? Qual delas responsvel pela tamanho do conjunto de instrues de um processador?

2. Cdigo binrio (instruo de mquina) compartilhavel entre processadores?3. O que um ciclo de instruo? Quais so as principais etapas desse ciclo?4. O que mais vantajoso: conjunto de instrues com formato nico ou com instrues

de formato varivel?

QUESTES


CICLO DE INSTRUOCONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA

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FLUXOGRAMA DE UM CICLO DE INSTRUO




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Consiste de um conjunto de bits que define uma determinadaoperao primitiva realizada pelo HW.

- Formato Bsico

- Ciclo de Instruo

INSTRUO DE MQUINA



OPERAES PRIMITIVAS - EXEMPLOSCONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA

- Operaes aritmticas somar, subtrair, multiplicar e dividir- Operaes lgicas AND, OR, XOR

- Operaes de entrada e sada de dados- Operaes de desvio de controle- Operaes de movimentao de dados

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INSTRUO DE MQUINA EXEMPLOSCONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA


- Formato Bsico: possui 2 partes:- (C.Op) - Cdigo de Operao - (Op) - Operando (s). Pode ter 1, 2 ou 3.

INSTRUO DE MQUINA

C. Op

C. Op

C. Op Operando

Oper 1 Oper 2

Oper 1 Oper 2 Oper 3

ADD A

ADD A, B

ADD A, B, C


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EXEMPLOS DE INSTRUESCONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA

Rtulo Cod. Op Operandos ComentriosFRMULA: MOV EAX, I ; registrador EAX = I

ADD EAX, J ; reagistrador EAX = I + JMOV N, EAX ; N = I + J

I DD 3 ; reservar 4 bytes iniciado por 3J DD 4 ; reservar 4 bytes, iniciado por 4N DD 0 ; reservar 4 bytes, iniciado por 0

Computao de N = I + J utilizando Assembly do Pentium 4Formato - MASM (microsoft macro assembler)



LW load word lw R, Mem (carregar da memria para registrador)

SW - store word sw Mem, R (armazenar conteudo registrador namemria

Processador MIPS (RISC)

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INSTRUES MMX 3D NOW - SSEMMX E SSE Intel manipulam mltiplos dados (SIMD), inteiros (MMX) e ponto flutuante (SSE) para imagem(MMX), video, som, grficos 3D (SSE)3D Now AMD, com propsito semelhante

SIMD single instruction multiple data (uma instruomanipula diversos dados.


II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO (cont.)

REGISTRADORES* para DADOS

* de CONTROLE

Elementos de Projeto de Processadores (cont.)

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REGISTRADORES DE DADOS

Caractersticas: Largura e Quantidade LARGURA: 32 e 64 (Inteiros) e 64 e 128 (ponto flutuante)QUANTIDADE: CISC (poucos 4 a 16); RISC (muitos at 512)

Armazenam os dados que sero processados pelas unidades de clculo

Podem ser um grupo nico para todas as Unid.ades de Clculo ou separados para cada uma. Atualmente os processadoresv possuem sempre registradores separados para inteiros e PF.



REGISTRADORES

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REGISTRADORES (486)

InteirosCom 32 bits

Pto Flut.Com 64 bits


REGISTRADORES (P4)

Inteiros

Pto. Flut.

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REGISTRADORES PARA A REA DE CONTROLE

RDM (mbr) e REM (mar) para transferncias externas. CI (pc) para buscar prxima instruo RI (IR) armazena instruo Para armazenar endereos de Segmentos (apontam para

determinados segmentos (programa, dados, pilha, etc.) Flags (podem ser usadas para indicar o resultado de certas

instrues)


CONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA (IA-32) - REGISTRADORES

Registradores dePropsito +/-geral

Registradores dePropsito +/-geralPonteiro de pilhaRegistradores deSegmento(propsitoespecfico)

CI -Contador de Instruo (PC)

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ALGUNS ASPECTOS SOBRE ARQUITETURAS DE COMPUTADORES1. Classes de Arquiteturas (ISA Instruction Set Arquitecture)

* propsito geral, operandos sendo registradores ou endereos de memria

a quant. de registradores importante: x86 tem 8-16 e MIPS (RISC) tem 32

* ARM e todos RISC tem apenas LOAD/STORE, enquanto x86 tem dados nos registradores e na memria2. Instrues so do tipo: movimentao de dados operaes lgicas e

aritmticas c/ inteiros controle op. arit. de ponto flutuante3. Formato das intrues tamanho fixo e varivelAMD Opteron e Intel i7 possuem mesma ISA, porm implementaes

diferentes (pipelines diferentes, bem como organizao das caches, p.ex)


II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO

Intel 80805000 transistores2 MHz(ano 1974)

Intel Pentium 4 42 milhes de transistors1.3 a 2.5 GHz(ano 2000)

AMD Athlon K7 22 M transistors1 a 2.3 GHz(ano 2000)

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ProcessadorCore i7 (Intel)731 milhes transistores3.1 a 4.6 GHz(ano 2008)A 4a gerao tem mais de 900 milhes de Transistores


EXECUO DE PROGRAMAS

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1. Ao colocar um programa em execuo (p.ex., pressionando F9 em Pascal), o sistema realiza este processo (de execuo) em 3 etapas. Quais so elas?

2. O que cdigo fonte? E cdigo objeto? E cdigo executvel?3. Qual a diferena entre as metodologias de compilao e de interpretao?4. O que se entende pela msg: endereo externo no resolvido?

QUESTES


PROCESSO DE EXECUO DE PROGRAMAS - ETAPAS

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ETAPA DE COMPILAO --EXEMPLO


COMPARAO MTODO COMPILAO X INTERPRETAO

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PORTAS LGICAS



PORTAS LGICAS* Definio* Tipos de portas lgicas (operadores)* Aplicaes

- porta de transferncia- comparadores- decodificadores- unidades de soma

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II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAOElementos de Projeto de Processadores (cont.)

PORTAS LGICASDEFINIOUma porta (gate) um elemento de hardware (um circuito eletrnico)que recebe um ou mais sinais de entrada e produz um sinal de sada,cujo valor dependente do tipo de regra lgica estabelecida para aconstruo do referido circuito.



OPERAO DE UMA PORTAS LGICA

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TIPOS DE OPERAES LGICAS



APLICAES COM PORTAS LGICAS

- porta de transferncia- comparadores- decodificadores- unidades de soma

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Pastilha do processador Intel i7

material de aula topav arq unidade 2 rev org func sc 2015 1 [rev1]

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