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Instruções do processador e Principais registradores

 

  • Instruções do Processador

    • Formato de instruções → código da operação + operandos (dados);
      • a instrução é composta do código da operação e zero, um ou mais operandos;
      • o código da operação (opcode) identifica a operação a ser realizada pelo processador;
      • as operações podem ser interpretadas por microcódigo embutido (CISC) ou diretamente executadas pelo processador (RISC);
      • os operandos referenciam (modos de endereçamento) os dados que serão operados;
      • há instruções que não necessitam de operando (operação de stop, etc);
    • Operações
      • operações de transferência (↔) entre UCP e Memória principal;
      • operações de transferência (↔) entre UCP e dispositivos de entrada e saída;
      • operações lógicas, aritméticas, de complemento e de deslocamento;
      • operações de controle de sequência de execução (desvio e parada);
    • Modos de endereçamento → forma de localização dos dados do operando;
      • Modo imediato → o operando contém o dado (não há ciclo para buscá-lo em memória, porém é limitado pelo número de bits do operando);
      • Modo direto → o operando contém o endereço de memória onde está o dado;
      • Modo indireto → o operando contém um endereço de memória que contém outro endereço de memória onde está o dado;
      • Modo por registrador
        • direto → o operando referencia um registrador onde está o dado;
        • indireto → o operando referencia um registrador que contém um endereço de memória onde está o dado;
    • Principais Registradores →  podem conter dados, endereços de memória ou código de condição;
      • Program Counter – PC (Contador de instruções – CI ou Contador de programa – CP)
        • contém o endereço da próxima instrução a ser buscada/executada;
      • Instruction Register – IR (Registrador de instruções – RI)
        • contém a última instrução buscada (instrução em execução);
      • Memory Address Register – MAR (Registrador de endereçamento de memória)
        • contém o endereço de uma posição em memória;
      • Memory Data/Buffer Register – MBR (Registrador de dados da memória)
        • contém a palavra de dados a ser escrita na memória ou a última palavra lida;
      • Program Status Word – PSW
        • contém informações de estado do processador;
        • código de erro e códigos de condição: flag (1 bit) de interrupção (ativada, desativada) e flag (1 bit) de modo (supervisor, user);
    • Estágios de execução da instrução (ciclo de execução de instrução ou caminho de dados)
      • Instruction Fetch (IF)
        • obtém a instrução da cache a partir do endereço de memória armazenado no registrador Contador de instruções – CI;
        • a instrução obtida é armazenada no Registrador de instruções – RI;
        • atualiza o registrador Contador de Instruções – CI para o endereço de memória da próxima instrução a ser executada;
      • Instruction Decode (ID)
        • decodificação da instrução que está no Registrador de Instruções – RI em operações mais simples;
        • obtém os dados do(s) operando(s) de acordo com o modo de endereçamento utilizado;
      • Execute (EX) → processamento da instrução, em geral, lógico e aritmético;
        • Instruções registrador-registrador (um ciclo de clock) → adição, subtração, comparação e operações lógicas;
        • Instruções de referência a memória (dois ciclos de clock) → carregamento (load) e armazenamento (store) na memória;
        • Instruções de multi-ciclos de clock → multiplicação e divisão de inteiros, operação de ponto flutuante;
      • Memory Access (MEM)
        • acesso à memória para obter resultado do processamento;
      • Writeback (WB)
        • gravação em registradores;
    • Transferência entre os estágios
      • Assíncrono
        • utiliza sinais de handshaking para comunicação entre estágios;
        • indica a disponibilidade de dados para o próximo estágio (Ready) e liberação do estágio anterior (Ack);
        • maior velocidade de operação e implementação mais complexa;
      • Síncrono
        • utiliza registradores para armazenar as instruções entre os estágios;
        • a transferência é controlada por sinal de relógio cujo tempo está relacionado ao estágio mais lento;

 

 

 

 

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