Microprocessadores

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CPU e Microprocessadores

Conexão dos dispositivos de memória à CPU

Um computador possui vários dispositivos de memória, como a memória principal, ou memória RAM, memória ROM e memória secundária, como discos rígidos e outros.

A CPU do computador se comunica com os dispositivos de memória através de três barramentos principais:

  • Barramento de endereços;
  • Barramento de dados;
  • Barramento de controle.

Quando um computador executa as instruções de um programa a CPU busca (lê) as instruções na memória e também os dados necessários. O resultado da execução das instruções, por sua vez, é armazenado (escrito) de volta na memória[1].

A interação com as memórias é feita através dos barramentos. O barramento de controle permite a CPU escolher qual dispositivo será utilizado. Os demais ficam desabilitados. O barramento de endereços fornece o endereço no qual os dados serão lidos ou escritos nos dispositivos de memória. O barramento de dados é compartilhado tanto para leitura como para escrita de dados nos dispositivos de memória.

No barramento de dados, somente um dispositivo pode enviar dados de cada vez. As saídas dos demais devem ficar em estado de alta impedância. Caso contrário as saídas dos dispositivos podem ser danificadas por curtos-circuitos, quando por exemplo, em um dado pino, um dispositivo escreve 0 (0 V) e outro 1 (5 V).

Organização interna da CPU

A CPU é o principal componente de um computador. Sua função é executar programas armazenados na memória principal, buscando suas instruções, examinando-as e então executando-as uma após a outra[2].

A CPU se conecta as memórias e outros dispositivos de entrada e saída por meio do barramento externo (barramento de endereços, dados e controle).

Organização interna da CPU
Internamente a CPU possui vários componentes interligados por um barramento interno:
  • Contador de Programa (PC): Aponta para o endereço da memória que contém a próxima instrução a ser executada.
  • Registrador de Instrução: Guarda a instrução que está para ser executada pela CPU;
  • Unidade de Lógica e Aritmética (ALU): Executa instruções lógicas e aritméticas;
  • Registradores: Guardam dados temporários, como os operandos a serem utilizados pelas instruções.
  • Unidade de Controle: Coordena as ações da CPU.

Execução de instruções[2]
A CPU executa cada instrução em etapas:
  1. Trazer a instrução apontada pelo Contador de Programa ao Registrador de Instrução;
  2. Incrementar o Contador de Programa;
  3. Determinar o tipo de instrução (a partir de seu código);
  4. Se a instrução utilizar dados da memória, verificar onde os dados estão;
  5. Trazer os dados da memória para um registrador interno da CPU, se necessário;
  6. Executar a instrução;
  7. Gravar na memória o resultado da instrução, se necessário;
  8. Voltar a etapa 1 para executar a próxima instrução.

Linguagem de Máquina e Linguagem Assembly

Linguagem de máquina

Cada CPU possui um conjunto de instruções cujo hardware é capaz de executar. Para cada instrução é definido um código específico que a identifica. O código binário da instrução normalmente expresso em hexadecimal.

Linguagem Assembly

Cada instrução Assembly tem uma correspondência com uma instrução em linguagem de máquina, entretanto, é escrita na forma de um código mnemónico que facilita o entendimento pelo programador.

Exemplo
Sequência de instruções do microprocessador Intel 8051:
ADD A,#30h
MOV 80h, A
  1. A primeira instrução soma o dado 30 (hexa) com o conteúdo do registrador A;
  2. A segunda instrução move o conteúdo do registrador A para a posição de memória 80 (hexa).
Linguagem Assembly e Linguagem de alto Nível
A programação em linguagem Assembly ou em linguagem de máquina é raramente utilizada nos dias de hoje. Normalmente se pode desenvolver a programação em uma linguagem de alto nível, como a linguagem C.
O compilador da linguagem utilizada se encarrega de traduzir o código dos programas no código da linguagem de máquina do processador.

CISC e RISC

Existem dois modelos de programação em linguagem de máquina nos processadores:

CISC (Complex Instruction Set Computing)
Apresenta um conjunto amplo e complexo de instruções. Cada instrução CISC pode envolver várias microinstruções de máquina. Estas instruções ficam armazenadas em uma ROM interna da CPU.
RISC (Reduced Instruction Set Computing)
Apresenta um conjunto reduzido de instruções, diretamente implementadas pelo hardware.

Microprocessadores e microcontroladores

Microprocessadores

Os microprocessadores são os circuitos integrados responsáveis por executar os programas em um computador.

Veja definição, componentes e exemplo de Microprocessador na Wikipédia.

Microcontroladores

São circuitos integrados que integram, em um único chip, processadores, memória RAM e portas de entrada e saída.

São mais compactos e voltados para uso em automação industrial, como por exemplo, o microcontrolador Intel 8051, os microcontroladores PIC e o microcontrolador do Arduíno.

Veja mais informações sobre Microcontroladores na Wikipédia.

Referências

  1. ↑ TOCCI, R.J.; WIDMER, N.S.; MOSS, G.L. Sistemas Digitais: princípios e aplicações, São Paulo: Pearson, 2011.
  2. ↑ 2,0 2,1 TANENBAUM, A. S. Organização Estruturada de Computadores, 5a ed., São Paulo: Pearson, 2007.
Autoria
Evandro Cantú / IFPR - Câmpus Foz do Iguaçu
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