-
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
-
2TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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?
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
ESTRUTURA ORGANIZACIONAL
-
3TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
ESTRUTURA EM NVEIS DE BARRAMENTOSORGANIZAO FUNCIONAL DE UM
SISTEMA DE COMPUTAO
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
BARRAMENTOS
* Funes dos barramentos (BE, BD e BC)
* Tipos de barramentos
* Elementos de desempenho (taxa de transferncia)
ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
Conexo eltrica e de controle entre Processador, Memria Cache,
Memria RAM e Dispositivos de E/S
-
4TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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 .
ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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;
ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
FUNES DOS BARRAMENTOS
-
5TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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)
ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
T = L * V
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
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
-
6TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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)
-
7TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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.
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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
-
8TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
Data path
Condutores de Sinais de controle
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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
ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
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
-
9TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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).
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
FSB (antes)
QPI (depois)
Imagens retiradas de:
http://www.clubedohardware.com.br/artigos/Tudo-o-Que-Voce-Precisa-Saber-Sobre-o-Barramento-QuickPath/1554
-
10
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
ELEMENTOS DE PROJETO DE PROCESSADORESORGANIZAO FUNCIONAL DE UM
SISTEMA DE COMPUTAO
REA DE PROCESSAMENTO (EXECUO)
REA DE CONTROLE (BUSCA E DECODIFICAO)
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
ELEMENTOS DE PROJETO DE PROCESSADORESORGANIZAO FUNCIONAL DE UM
SISTEMA DE COMPUTAO
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?
-
11
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
ELEMENTOS DE PROJETO DE PROCESSADORESORGANIZAO FUNCIONAL DE UM
SISTEMA DE COMPUTAO
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)
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
ELEMENTOS BSICOS DE PROJETO DE PROCESSADORESORGANIZAO FUNCIONAL
DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
REA DE CONTROLE (BUSCA E DECODIFICAO)
-
12
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
ELEMENTOS BSICOS DE PROJETO DE PROCESSADORESORGANIZAO FUNCIONAL
DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
II REVISO SOBRE A ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE
COMPUTAO
Unidade 2 (cont.)
CONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA
-
13
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
CICLO DE INSTRUOCONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA
-
14
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
FLUXOGRAMA DE UM CICLO DE INSTRUO
CONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
CONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA
-
15
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
Consiste de um conjunto de bits que define uma determinadaoperao
primitiva realizada pelo HW.
- Formato Bsico
- Ciclo de Instruo
INSTRUO DE MQUINA
CONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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
-
16
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
INSTRUO DE MQUINA EXEMPLOSCONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
- 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
CONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA
-
17
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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)
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
EXEMPLOS DE INSTRUESCONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA
LW load word lw R, Mem (carregar da memria para registrador)
SW - store word sw Mem, R (armazenar conteudo registrador
namemria
Processador MIPS (RISC)
-
18
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
EXEMPLOS DE INSTRUESCONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA
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.
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO (cont.)
REGISTRADORES* para DADOS
* de CONTROLE
Elementos de Projeto de Processadores (cont.)
-
19
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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.
ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
REGISTRADORES
-
20
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
REGISTRADORES (486)
InteirosCom 32 bits
Pto Flut.Com 64 bits
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
REGISTRADORES (P4)
Inteiros
Pto. Flut.
-
21
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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)
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
CONJUNTO DE INSTRUES DE MQUINA (IA-32) - REGISTRADORES
Registradores dePropsito +/-geral
Registradores dePropsito +/-geralPonteiro de pilhaRegistradores
deSegmento(propsitoespecfico)
CI -Contador de Instruo (PC)
-
22
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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)
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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)
-
23
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
ProcessadorCore i7 (Intel)731 milhes transistores3.1 a 4.6
GHz(ano 2008)A 4a gerao tem mais de 900 milhes de Transistores
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
EXECUO DE PROGRAMAS
-
24
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
PROCESSO DE EXECUO DE PROGRAMAS - ETAPAS
-
25
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
ETAPA DE COMPILAO --EXEMPLO
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
COMPARAO MTODO COMPILAO X INTERPRETAO
-
26
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
PORTAS LGICAS
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
PORTAS LGICAS* Definio* Tipos de portas lgicas (operadores)*
Aplicaes
- porta de transferncia- comparadores- decodificadores- unidades
de soma
-
27
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
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.
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAOElementos de
Projeto de Processadores (cont.)
OPERAO DE UMA PORTAS LGICA
-
28
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAOElementos de
Projeto de Processadores (cont.)
TIPOS DE OPERAES LGICAS
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAOElementos de
Projeto de Processadores (cont.)
APLICAES COM PORTAS LGICAS
- porta de transferncia- comparadores- decodificadores- unidades
de soma
-
29
TP. AV. EM ARQUITETURA DE COMP.
II - ORGANIZAO FUNCIONAL DE UM SISTEMA DE COMPUTAO
Pastilha do processador Intel i7