Unidade de Aritmética e Lógica

O segundo componente básico de qualquer sistema de computação é a unidade de aritmética e lógica (UAL). Para a execução das instruções elementares é preciso que existam circuitos que se preocupam com todos os cálculos que sejam solicitados ao computador, e as unidades de decisão que verificam qual o caminho a seguir. Todos os cálculos são realizados nesta unidade. Estes cálculos podem envolver operações aritméticas como adição, subtração, multiplicação e divisão ou operações lógicas como comparação de dois valores para verificar qual é o maior. Quando um cálculo complexo é realizado, torna-se necessário freqüentemente levar e trazer in-formações da memória principal à medida que os cálculos ocorrem.

O processador ou CPU (Unidade Central de Processamento) gerência as demais partes do computador. Ela funciona como um programador e um compilador, escolhendo quais instruções devem ser executadas e executando-as.

Para melhor gerenciamento do computador a CPU é subdividida em outras partes, das quais destacam-se a U.C, (unidade de controle) que faz a localização de instruções da memória principal e determinação de seus tipos, a ULA (Unidade de Lógica e Aritmética) que faz operações tais como adições e E booleando.

A CPU contém ainda alguns registradores que são pequenas áreas de memória de rápido acesso, usados para armazenar certos tipos especiais de dados. Algumas das funções dos registradores são apontar para a próxima instrução a ser executada ou guardar a instrução que está sendo usada entre outras.

Os computadores em geral são classificados em relação ao processador. Os processadores podem ser RISC ou CISC.
 

Processador RISC

 

	Cada instrução tem o mesmo tamanho
	Muitas instruções podem ser levadas ao processamento com somente um ciclo de clock, levando o processador a manusear várias instruções ao mesmo tempo
	Conjunto de instruções reduzido
	Vantagens:
	Velocidade    Hardware mais simplificado
	Desvantagens:
	Qualidade do código    Tamanho do código    Design do Sistema

 

Processador CISC

 

	Instruções de tamanho variado
	Uso de microcódigo (instruções armazenadas em memória, tipicamente ROM, que compreendem a cada instrução de linguagem de máquina)
	Instruções executadas em mais de um ciclo de clock
	Vantagens:         A microprogramação é tão fácil de implementar quanto a linguagem montadora    Um número menor de instruções pode ser usado para a implementação de cada tarefa    Os compiladores para essa arquitetura não tem que ser complicados
	Desvantagens:       O conjunto de instruções e o Hardware se tornam mais complicados a cada geração de computadores    Instruções diferentes levam tempos diferentes referente ao clock para executar    Instruções mais simples não são usadas

 

 

Em geral não se pode dizer qual processador é melhor ou mais rápido, isso dependerá apenas das aplicações do processador.

Organização da CPU

Um programa deve ser constituído de uma série de instruções de máquina para ser efetivamente executado pelo processador. Estas instruções devem ser armazenadas em células sucessivas na memória principal.

O projeto de uma CPU se baseia na definição do conjunto de instruções que irá executar ( trata-se de definir qual o formato e o tamanho de cada uma, e quais as operações que o hardware será capaz de executar diretamente através de seus circuitos) para, em seguida, implementar os demais componentes do processador (ULA, registradores, barramentos, etc...), os quais contribuirão para a interpretação execução de cada instrução.

O processador central é responsável pela realização das operações de processamento e de controle, durante a execução de uma programa
A função processamento relaciona-se com a efetiva execução de uma operação, ou seja, processa-a
ULA:
Seu dispositivo principal é a ULA que executa realmente as operações matemáticas com os dados. Compõe-se de um conjunto de circuitos lógicos, utilizados conforme o tipo de operação a ser realizada. Os valores recebidos pela ULA percorrem o circuito lógico determinado pelo sinal da UC
Registradores:
Os registradores dessa área de processamento servem para armazenar dados (ou guardar resultados) a serem utilizados pela ULA. Há sistemas nas quais um desses registradores é o acumulador (ACC) - utilizado para guardar inicialmente um dos valores e depois armazenar o resultado.

Os registradores de dados da CPU têm uma largura igual à palavra. Sabe-se também que a quantidade e o uso dos registradores variam bastante de modelo para modelo de CPU
A função controle é responsável pelas atividades de busca, interpretação e execução das instruções, bem como do controle da ação dos demais componentes do sistema de computação (memória, entrada, saída).
Seus dispositivos básicos são:
UC:
A Unidade de Controle é o dispositivo mais complexo da CPU. Ela emite sinais de controle para ativar a realização de cada etapa do ciclo de instrução. Os sinais de controle para ativar as etapas são diferentes para cada instrução. Esses sinais são originários de um gerador de sinais conhecido como relógio (Clock)
Relógio (Clock):
É o dispositivo gerador de pulsos cuja duração é chamada de ciclo. Este ciclo está relacionado à realização de uma operação elementar, durante o ciclo de uma instrução.
São os impulsos do clock que determinam o ritmo do processador
RI:
É o Registrador de Instrução - tem a função de armazenar a instrução a ser executada pela CPU
PC ou CI:
É o registrador que armazena o endereço da próxima instrução a ser executada.
Decodificador de Instrução:
É o dispositivo utilizado para identificar as operações a serem realizadas.
Sabemos que uma instrução contém o código de operação, cujo valor binário servirá de entrada no decodificador da área de controle e uma saída aciona de modo diferente a UC e esta ,por sua vez, emite diferentes sinais de controle, conforme a linha de saída do decodificador.
RDM e REM:
São os registradores utilizados pela CPU para comunicação e transferência de dados.
O Registrador de Dados da Memória e o Registrador de Endereços da Memória possuem, respectivamente, o tamanho da palavra e o tamanho dos endereços da memória. 

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