Sistemas Digitais

quarta-feira, 5 de janeiro de 2011

Pipeline

Na década de 70 surge uma nova técnica chamada pipeline, onde a execução das instruções é dividida em várias fases consecutivas e o processador é organiadoNa década de 70 surge uma nova técnica chamada pipeline, onde a execução das instruções é dividida em em estágios correspondentes para execução dessas instruções.Pipeline é uma técnica de implementação de processadores que permite a sobreposição temporal de diversas fases de execução de instruções. Em outras palavras, é uma técnica de projeto onde o hardware processa mais de uma instrução de cada vez sem esperar que uma instrução termine antes de começar a outra.

Exemplo do pipeline numa lavandaria

Processo Sem Papeline

Processo com Papeline

Divisão da Instrução em Estágios

Os mesmos princípios podem ser aplicados aos processadores que executam suas tarefas em pipeline.Tradicionalmente, as instruções do MIPS (Microprocessor without interlocked pipeline stages Microprocessador sem estágios interligados de pipeline) são executadas em até cinco passos:

1) Busca Instrução na memória
2) Leitura dos registadores e descodificação das instruções
3) Execução de operação ou cálculo de endereço
4) Acesso a operando na memória
5) Escrita do resultado em registador

Pipeline num processador

(clique na imagem para ampliar)

Síntese Final

Em suma, o pipeline melhora o desempenho por meio do aumento do throughput das instruções, ou seja, aumento o número de instruções executadas na unidade de tempo, e não pela diminuição do tempo de execução de uma instrução individual.

Speedup ideal é o número de estágios no pipeline.

Throughput (ou taxa de transferência) é a quantidade de dados transferidos de um lugar a outro, ou a quantidade de dados processados em um determinado espaço de tempo.
Speedup potencial = número de estágios do pipeline.

sexta-feira, 10 de dezembro de 2010

CPU - Central Processing Unit

Um processador tem, por propósito, realizar operações com dados (que denominamos processamento) normalmente numéricos. Para realizar essas operações o processador necessita em primeiro ligar interpretar que tipo de operação ele irá executar. Em seguida, antes da realização propriamente dita da operação, é necessário que os dados estejam armazenados no dispositivo que irá executar a operação.

A ULA (“ALU”) é o dispositivo do processador que efectivamente executa as operações matemáticas com os dados. Tais operações podem ser, por exemplo:
Soma, subtração, multiplicação e divisão;
Operação lógica AND, OR, XOR;
Deslocamento à direita, deslocamento à esquerda; Entre outros

Servem para armazenar dados (ou para guardar resultados), que serão usadas pela ULA, ou resultados parciais das operações.

Para que um dado possa ser transferido pela ULA, é necessário que ele permaneça, mesmo por um breve instante, armazenado em um registrador; Além disto, o resultado de uma operação realizada na ULA deve ser armazenado, temporariamente, de modo a ser reutilizado mais adiante;

A UC é o dispositivo mais complexo do processador. Ele possui a lógica necessária para realizar a
movimentação de dados e instruções “de” e “para” o processador, através dos sinais de controle
que emite em instantes de tempo determinados conforme uma programação prévia.
A figura abaixo mostra o diagrama em bloco simplificado da função controle

O relógio (clock) é um dispositivo gerador de pulsos cuja duração é
chamada de ciclo. A quantidade de vezes em que este pulso básico se repete em um
segundo define a unidade de media do relógio denominada freqüência, a qual também é utilizada para definir
a velocidade da UCP. Servem para: Sincronizar, ou seja, permitir que duas ou mais ações
ocorram no mesmo instante de tempo. Cadenciar as ações realizadas em um determinada positivo,
ou seja, controlar a velocidade com que elas ocorrem.