organização e arquitetura de computadores i microarquitetura ivan saraiva silva

Organização e Arquitetura de Computadores I

MicroarquiteturaIvan Saraiva Silva

Sumário

• Unidades lógicas

• Microarquitetura

• MIC

• Parte Operativa e Parte de Controle

• MIC – Parte Operativa

• Leitura e Escrita em Registradores

Microarquitetura

• Uma Microarquitetura é dividida em uma Parte Operativa e uma Parte de Controle

• Parte Operativa (ou Caminho de Dados)– Constituida de todos os componentes responsáveis pela

execução das operações elementares sobre os dados (transformações nos dados)

• Parte de Controle– Constituída de circuitos sequenciais e/ou memória de

programa que gera o controle ciclo-a-ciclo da parte operativa

MIC

• O MIC é uma microarquitetura didática usado por Tannenbaum

• Existem algumas versões do MIC: MIC-1, MIC-2, MIC-3 e MIC-4

• MIC é uma máquina multicíclo• O MIC é constituído de:

– Pequeno conjunto de instruções– um banco de registradores– Uma ULA– Três barramentos internos

MIC (Tanenbaum)

Parte Operativa

Parte de Controle

MIC: Parte de Controle

Parte Operativa

MIR

Registradorde Controle


Parte Operativa

MIR

MicroMEM

Memóriade Controle



Parte Operativa

MIR

MicroMEM

Memóriade Controle


Seqüenciador


Parte Operativa

MIR

MicroMEM

Memóriade Controle


SeqüenciadorRegistradorMPC

Lógica deCálculo do MPC

MIC: Parte Operativa

• Uma microarquitetura executa instruções que são armazenadas na memória

• Recupera e armazena dados em memória LEITURA E ESCRITA NA MEMÓRIA

• Necessita de registradores de endereço e dados

• Necessidade de barramentos de endereços e dados


MAR MBR


• Instruções de um programas são executados segundo uma ordem precisa

• Uma microarquitetura necessita saber, sempre, qual a próxima instrução a ser executada

APONTADOR DE PROGRAMA• Necessidade de um registrador apontador de

programa (PC)• Necessidade de realização de operações sobre o

conteúdo do PC, para atualização a cada instrução executada.


MAR MBR


MAR MBR

PC

A

B

1

C


• A Instrução lida da memória é armazenada para decodificação e uso futuro.

REGISTRADOR DE INSTRÇÕES

• Necessidade armazenamento dos dados vindos da memória

• Necessidade de um registrador de instrução


MAR MBR

PC

A

B

1

C


MAR MBR

PC

A

B

1

C

IR

TIR


• O processo de escrita de dados na memória também utiliza os registradores e barramentos de dados e endereços

CAMINHO PARA A SAÍDA DE DADOS

• Necessidade de recursos específicos para saída de dados


MAR MBR

PC

1

C

IR

TIR

A

B


• Para realização de instruções aritméticas a existência de registrado internos aceleram a busca de dados

REGISTRADORES DE USO GERAL• Necessidade de uma banco de registradores

de propósito geral• Necessidade de uma ULA com um conjunto

de operadores adequado


MAR MBR

PC

1IR

TIR

A

B

C


MAR MBR

PC

1IR

TIR A B C FD E

UL

A

A

B

C


• Instruções podem usar um, dois ou três endereços– A = NOT A– A = A + B– A = B + C

• O uso de mais endereços requer mais bits no formato da instrução

REGISTRADOR ACUMULADOR• Necessidade do uso de um registrador

Acumulador (AC)


MAR MBR

PC

1IR

TIR A B C FD E

UL

A

A

B

C


MAR MBR

PC

1IR

TIR A B C FD E

UL

A

AC

A

B

C


• A Capacidade de empilhar e desempilhar dados em uma região reservada da memória é um recurso importante em muitas arquitetura

APONTADOR DE PILHA

• Necessidade de um registrador apontador de pilha (PS)


MAR MBR

PC

1IR

TIR A B C FD E

UL

A

AC

A

B

C


MAR MBR

PC

1IR

TIR A B C FD E

UL

A

AC

SP

A

B

C


• O MIC possui dois formatos de instrução:

ENDEREÇOCODOP

4 bits 12 bits

ENDEREÇOCODOP

8 bits 8 bits

CODOP

16 bits

Formato 1

Formato 2

Formato 3


MASCARAS DE BIT

• AMASK = 0x0FFF– Recupera o endereço em instruções no formato

1

• BMASK = 0X00FF– Recupera o endereço em instruções no formato

2


MAR MBR

PC

1IR

TIR A B C FD E

UL

A

AC

SP

A

B

C


MAR MBR

PC

1IR

TIR A B C FD E

UL

A

AC

SP

AM

BM

A

B

C


• Algoritmos de multiplicação e divisão usam deslocamentos

• Deslocamentos podem ser usados em decodificação e outras operações importantes

DESLOCADOR• Necessidade de um deslocador• Deslocamento pode ser feito na ULA, mas

também pode ser interessante fora dela


MAR MBR

PC

1IR

TIR A B C FD E

UL

A

AC

SP

AM

BM

A

B

C

MAR MBR

PC

1IR

TIR A B C FD E

UL

A

AC

SP

AM

BM

A

B

C


MAR MBR

PC

1IR

TIR A B C FD E

UL

A

AC

SP

AM

BM

A

B

C

0 -1


MAR MBR

PC

AC

SP

IR

TIR 0 1 -1 A

AM

BM

B C FD EZ N

UL

A

A

B

C


• Muitas unidades da parte operativa de um processador necessitam de controle explicito

• Estes controles são gerados pela Parte de controle e enviados Ciclo-a-Ciclo à Parte de Controle

SINAIS DE CONTROLE


MAR MBR

PC

AC

SP

IR

TIR 0 1 -1 A

AM

BM

B C FD EZ N

C

UL

A

A

B

16

RD WR


• Interface PO/PC– AMUX: Controla a entrada do multiplexador– ALU: Define a operação da ULA– SH: Define se há deslocamento e a direção– MBR: Habilita escrita no MBR a partir do deslocador– MAR: Habilita escrita no MAR a partir do latch B – RD: Requisita leitura da memória– WR: Requisita escrita na memória– ENC: Controla armazenamento nos registradores– A, B e C : Endereços de leitura (A e B) e escrita (C) nos

registradores

MIC: Parte OperativaLEITURA NOS REGISTRADORES

PC

AC

SP

IR

TIR 0 1 -1 A

AM

BM

B C FD E

A

B

16

AB

C


PC

AC

SP

IR

TIR 0 1 -1 A

AM

BM

B C FD E

A

B

16

LEITURA NOS REGISTRADORES

1616

AB

C

MIC: Parte OperativaESCRITA NOS REGISTRADORES

PC

AC

SP

IR

TIR 0 1 -1 A

AM

BM

B C FD E

C

ENC

C


PC

AC

SP

IR

TIR 0 1 -1 A

AM

BM

B C FD E

C

ENC

...

C

ESCRITA NOS REGISTRADORES


• Um projeto não se inicia na parte operativa– Há uma aplicação ou um conjunto de

aplicações– Há um conjunto de instruções

• A microarquitetura é uma solução de compromisso entre as necessidades e o custo do projeto

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