Arquitetura De Computadores 465d57

ARQUITETURA DE COMPUTADORE S Prof: Ellson Silva Email: [email protected]

1. CONCEITOS BÁSICOS 1.1. Introdução aos Sistemas de Computação 1.2 Projecto de Sistemas de Computação

1.1. Introdução aos Sistemas de Computação O principal objetivo é apresentar os princípios

que regem a

organização (sistema / estrutura ) de computadores. A motivação para criar máquinas de computação sempre foi, essencialmente, melhorar a velocidade de cálculos, uma vez que a “velocidade de calculos humana” é limitada. Adicionalmente, buscava-se também reduzir fontes de erros, tais como distrações, descuidos e cansaço A pré-história das máquinas computacionais foi marcada pela criação das máquinas de calcular, tais como a Pascalene (Pascal, 1642–43), o Stepped Reckoner (Leibniz, 1674) e o Engenho a diferenças (Babbage, 1822–1842). Somador/Acumula dor

Entrada/Operando Organização das máquinas de calcular

Primeiros Computadores Os marcos tecnológicos que precederam a era da computação foram a introdução de sequência de cartões perfurados para controle de tear (J.-M. Jacquard, 1801) e a concepção da álgebra booleana (G. Boole, 1854). O Engenho Analítico (1834/71) de Charles Babbage, foi o que se pode denominar de o primeiro computador (ou algo mais próximo de uma calculadora programável Caracteristicas :  Capacidade de computar qualquer operação matematica  Unidade para quatro operações básicas (Mill), com 2 acumuladores principais e alguns auxiliares  Unidade para armazenar dados (Store), com capacidade para 100 números  Cartões perfurados para operações e variaveis  Unidades de saida (impressora ou cartãos perfurado) MILL

STORE

OPERATIO N CARDS

VARIABL E CARDS

Organização do engenho analítico

PRINTER/ CARD.PER F

Os computadores eletrônicos Os primeiros marcos tecnológicos da era dos computadores eletrônicos foram: O desenvolvimento da válvula triodo (L. de Forest, 1906) como uma extensão da válvula diodo (J. Fleming, 1904);  Desenvolvimento de circuitos binários baseados em álgebra booleana (G. Stibitz, 1937). John Vincent Atanasoff e Clifford Berry, de Iowa State University, desenvolveram uma Calculadora eletrônica dedicada para a resolução de sistemas de equações lineares simultâneas, denominado ABC (Atanasoff-Berry Computer) Alan Turing, na Inglaterra, fez a especificação de computador mecânico que se tornou operacional em 1940. Colossus foi o primeiro computador completamente eletrônico, por Newman com participação de Alan Turing. Maior impacto teve o Projeto ENIAC (Electronic Numerator, Integrator, Analyzer, and Computer), desenvolvido entre 1943 e 46, por John W. Mauchly e J. Presper Eckert, pesava cerca de 30 toneladas e consumia 140 KW. Utilizava aritmética decimal, com memória de 20 acumuladores de 10 dígitos, cada dígito usando 10 bits para sua representação. Vários novos projetos surgiram a partir dele.

Os computadores eletrônicos, apesar de representar grande avanço em relação a seus similares eletromecânicos, apresentavam duas grandes limitações: baixa capacidade de memória e longo tempo de programação. O marco para quebrar essa barreira foi a concepção do conceito de programa armazenado, associada ao projeto EDVAC (Eletronic Discrete Variable Automatic Computer), um sucessor do ENIAC com “ampla” capacidade de memória e que utilizava aritmética binária.

U.C

Entrad a

U.A

Memória (Programas e dados) Organização do EDVAC.

Saida

Sistema de computação Consiste num conjunto de dispositivos eletrônicos (hardware) capazes de processar informações de acordo com um programa (software). Os principais elementos de um sistema de computação:  U  Memória Principal  Subsistema de Entrada e Saida (E/S)  Mecanismos de interconexão entre esses componentes

Pode ainda ser composto:  Rede de computadores,  servidores e cl, dependendo da situação e das necessidades. O sistema operacional é o software mais importante porque ele fornece as bases para a execução das aplicações, às quais o usuário deseja executar. Exemplos de sistemas operacionais são o Windows, o Macintosh e o Linux, dentre outros

• Estrutura geral de um sistema de computação

Aplicativos

Sistema Operacional

Componentes Físicos

Componentes Físicos

• • • •

Componentes Básicos Periféricos Componentes Multimídia Componentes de rede

Sistema Operacional

• Núcleo do sistema operacional • Programas de sistema (utilitários, bibliotecas, ...) • Arquivos de configuração

Aplicativos

• Browser (Netscape, Explorer, Google Chrome, etc)

• Estrutura geral de um sistema de computação

Aplicativos

Sistema Operacional

Componentes Físicos

COMPONENTES FÍSICOS

• • • •

Monitor Teclado Mouse Gabinete de sistema Placa principal Processador Memória

Placas controladoras de periféricos Placa controladora de vídeo, de disco, de rede, etc)

Unidades de armazenamento Discos Magnéticos Unidade leitora de Floppy

• Estrutura geral de um sistema de computação

Aplicativos

Sistema Operacional

Componentes Físicos

SISTEMA OPERACIONAL É composto por: Núcleo (kernel) do sistema operacional Permanece carregado em memória Processos de gerência Arquivos de configuração Utilitários do sistema Programas básicos necessários para operação do sistema – Ex: DOS: format, dir, edit, copy, type, .... – Ex: UNIX: mkfs, ls, ps, vi, ... Classificação Quanto ao número de processos simultâneos  Monotarefa  Multitarefa Quanto ao número de usuários simultâneos  Monousuário  Multiusuário

• Estrutura geral de um sistema de computação

Aplicativos

Sistema Operacional

Componentes Físicos

Aplicativos Browser (Netscape, Explorer) Programa de editoração eletrônica Progama de processamento de imagem CAD Banco de Dados

Caracterização de um sistema de computação Quanto ao tipo de sistema Quanto aos serviços oferecidos • • • • • • • •

Microcomputador pessoal Minicomputador Estação gráfica de trabalho Servidor Super estação gráfica de trabalho Supercomputador Mainframe

• •

Cliente de serviço Servidor de serviço

Microcomputador pessoal Objetivo:  Utilização por uma única pessoa  Baixo custo

Características  sistema operacional simplificado  custo reduzido (hardware barato e de baixo desempenho)  capacidade de processamento reduzida

Mini Computador Objetivo:  Sistema que permita utilização por vários usuários  Sem necessidade de interface gráfica

Características     

Vários terminais alfanuméricos (não grávicos) Sem interface gráfica Sistema operacional robusto (geralmente UNIX) Hardware de médio custo Processador de médio desempenho

Workstation (Estação gráfica de trabalho) Objetivo:  Sistema para utilização em aplicações que necessitem de interfaces gráficas

Características     

Possui uma sistema gráfico de alta resolução (monitor +hardware gráfico) Possui software de gerenciamento de janelas (geralmente o X-Windows) Sistema operacional robusto (geralmente UNIX) Hardware de médio custo Processador de médio desempenho

Super estação gráfica de trabalho Objetivo:  Sistema para utilização em aplicações que necessitem de interfaces gráficas de altissimo desempenho, geralmente para apresentação de imagens em tempo real

Características     

Possui um hardware acelerador gráfico Alta capacidade de armazenamento (disco) Alta taxa de E/S (disco) Hardware de alto custo Processador de bom desempenho

Servidor Objetivo: Sistema cuja finalidade executar um determinado serviço

Características Sistema operacional robusto (geralmente UNIX) Processador de bom desempenho Subsistema de E/S de bom desempenho Outras características - de acordo com o tipo de serviço oferecido

Supercomputador Objetivo:  Sistema para execução de aplicações que necessitem de grande capacidade de processamento

Características     

Usualmente possui uma única interface para operação (não necessáriamente gráfica) Alta capacidade de armazenamento (disco) Alta Taxa de E/S (disco) Processador de altíssimo desempenho Sistema de custo muito elevado

Mainframe Objetivo:  Sisteam para execução de aplicações que necessitem de confiabilidade de processamento

Características  Não possui interface gráfica  Bom subsistema de E/S  Processador de bom desempenho  Sistema geralmente não “interoperável” (não é um Sistema Aberto)  Geralmente confiável

Cliente de serviço Cliente de serviço de arquivos cliente de serviço de impressão cliente de serviço de e-mail cliente de serviço de WEB cliente de serviço de FTP cliente de serviço DNS cliente de serviço de processamento

Servidor de serviço Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor Servidor

de arquivos de impressão de e-mail WEB FTP DNS de processamento

1.2. Projecto de Sistemas de Computação No projeto de sistemas computacionais no nível de processador, os tipos de componentes são: Processadores ,  Memórias,  Dispositivos de entrada e saída,  e meios de interconexão. Processadores. Contemplam componentes tais como U, controladores e coprocessadores. Têm um conjunto de instruções (de propósito geral para a U, especializado para coprocessadores) operando sobre instruções e dados (obtidos e armazenados externamente) organizados em palavras. Memórias. Incluem dois subsistemas principais, memória principal e memória secundária. O custo associado à memória está diretamente relacionado à sua capacidade de armazenamento e à sua velocidade de operação. Dispositivos de entrada e saída. São conversores de representação física de dados. Em geral, são lentos quando comparados com o processador. Meios de interconexão. Estabelecem a comunicação entre componentes através de barramentos sob seu controle. Um problema crítico na utilização dos meios de interconexão é a contenção, a disputa pelo uso simultâneo de recursos compartilhados.

Ilustração de uma U

RD RE ACC PC RI ULA

Registrador de dados Registrador de endereços da memória Registrador acumulador Registrador contador de programa Registrador de instruções Unidade lógica e aritmética

1.2. Projecto de Sistemas de Computação O projeto de um sistema de computadores com arquitetura de alto desempenho oferece diversas alternativas. Em alguns casos, é possível atingir os resultados esperados através da manipulação do algoritmo para melhor ajustá-lo à organização do sistema. Em outros casos, mudanças na organização básica do sistema podem ser necessárias. Há ainda casos onde organizações alternativas, tais como o uso de paralelismo, podem ser mais adequadas. • •

Durante o processo de definição de arquitetura, algumas questões de interesse são: Qual o espaço de armazenamento necessário para um dado conjunto de programas ou dados? Qual o fator de utilização dos diversos componentes do sistema?

Assim, no desenvolvimento de um sistema computacional de alto desempenho, os aspectos relevantes a serem considerados são: Projeto de processadores: os fatores que mais afetam o desempenho da unidade central de processamento. Como acelerar o processamento (decodificação e execução) de instruções. As contribuições da abordagem RISC. Sistemas de memória hierárquica: estratégias para melhorar velocidade de o nos diversos níveis da hierarquia de memória, com ênfase para cache. Sistemas paralelos: vantagens e dificuldades relacionadas.

Classificação básica Com base no relacionamento e organização dos componentes de um sistema computacional, esses sistemas podem ser classificados entre máquinas von Neumann e máquinas não-von Neumann. 2.1.1 Máquinas von Neumann A característica de máquinas von Neumann é a composição do sistema a partir de três subsistemas básicos: U, memória principal e sistema de entrada e saída Eles Utilizam o conceito de programa armazenado, a execução seqüencial de instruções e a existência de um caminho único entre memória e unidade. A U (unidade central de processamento), por sua vez, tem três blocos principais: unidade de controle (UC), unidade lógico-aritmética (ALU) e registradores, incluindo-se aí um registrador contador de programa (PC) que indica a posição da instrução a executar. Memoria principal

U Registrador Registrador es es PC

AL U

Unidade Unidade de de controlo controlo

Sistema de E/S Arquitetura de máquinas von Neumann

Máquinas não-von Neumann As máquinas que não se enquadram na definição de máquinas von Neumann são denominadas máquinas não-von Neumann. Essa categoria é ampla, incluindo sistemas computacionais tais como: Máquinas paralelas: várias unidades de processamento executando programas de forma cooperativa, com controle centralizado ou não; Máquinas de fluxo de dados: não executam instruções de um programa, mas realizam operações de acordo com a disponibilidade dos dados envolvidos;

Redes neurais artificiais: também não executam instruções de um programa, trabalhando com um modelo onde resultados são gerados a partir de respostas a estímulos de entrada; Processadores sistólicos (VLSI): processamento ocorre pela agem de dados por arranjo de células de processamento executando operações básicas, organizadas de forma a gerar o resultado desejado.

2. CIRCUITOS DE APLICAÇÃO ESPECÍFICA 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

Unidade de Processamento Unidade de Controlo Linguagem de Descrição do Hardware Unidade Lógica e Aritmética

2. CIRCUITOS DE APLICAÇÃO ESPECÍFICA Descreveremos projecto de sistemas digitais em termos de duas componentes: - Unidade de Processamento, também chamada de circuito de dados, que contém toda a lógica que faz os cálculos propriamente ditos bem como os registos onde os dados são guardados. - Unidade de Controlo que gere quais as operações que a unidade de processamento deve efectuar em cada ciclo de relógio. Para permitir descrever de maneira clara o algoritmo de realização de operações complexas em termos das operações básicas da unidade de processamento, foram desenvolvidas linguagens de descrição de hardware. Embora as unidades de processamento possam ser projectadas para um fim específico, em muitos casos opta-se por usar unidades que disponibilizam um conjunto de operações aritméticas e lógicas típicas, chamadas Unidades Aritméticas e Lógicas ou ULA O projecto de sistemas complexos envolve diferentes níveis de abstracção, o projecto inícia no mais abstracto, descendo sucessivamente para níveis mais concretos. projecto é sucessivamente dividido em módulos mais pequenos, o que permite ir aumentando o nível de detalhe, mantendo-o sempre como um problema gerível em cada nível. É este processo de “dividir para conquistar” que faz o sucesso deste conceito de níveis de abstracção. Os sistemas digitais são, assim, normalmente estruturados em duas unidades principais, a Unidade de Processamento e a Unidade de Controlo

A unidade de processamento é constituída por pequenos módulos interligados para armazenar e processar a informação útil do sistema. Recebe as entradas a processar. As unidades de processamento são tipicamente construídas usando os módulos combinatórios de média complexidade A unidade de controlo é responsável por gerar os sinais de controlo que sequenciam as operações básicas da unidade de processamento de forma a que o sistema realize operações complexas. O conjunto de sinais de controlo que saem da UC para a unidade de processamento chama-se palavra de controlo. A sequência de sinais de controlo gerada pela unidade de controlo pode depender dos resultados dos cálculos efectuados pela unidade de processamento. Esta informação é fornecida à unidade de controlo por bits de estado ou flags,

Linguagem de Descrição de Hardware

È a Linguagem de especificação de sistemas mais complexos. Faz a descrição com um nível de abstracção mais elevado do que as funções booleanas ou os diagramas de estado (HDL). Embora o nível de abstracção possa variar, em geral esta descrição é feita ao nível de transferência entre registos, em que o projectista define quais as microoperações efectuadas entre registos em cada ciclo de relógio Existem vários formatos possíveis para as linguagens de descrição de hardware: AHDL (Altera Hardware Description Language) e os padrões VHDL e Verilog.

3. Arquitectura de um Computador 3.1 Tipos de Computadores 3.2 Organização Interna 3.3 Interacção com o Exterior

ARQUITECTURA DE UM COMPUTADOR Um computador é um sistema digital programável através de uma sequência de instruções guardadas em memória, que o intruem a executar operações elementares de manipulação de dados. O seu elemento crucial é a sua unidade central de processamento, ou processador.

A ideia de um sistema de processamento de informação que seja reconfigurável através de um programa guardado em alguma forma de memória é muito antiga, remontando aos princípios do século XIX. Charles Babbage projectou o primeiro computador mecânico capaz de desempenhar sequências de operações automaticamente, o “difference engine” (engenho Diferencial) ENIAC, foi o 1º computador funcional, que ficou operacional em 1946 e podia ser programado para calcular tabelas matemáticas relacionadas com aplicações militares. Usava uma tecnologia baseada em válvulas electrónicas e era programado através de um conjunto de cabos que, conforme estivessem ligados ou desligados, especificavam o conteúdo da memória do programa. Os seus resultados eram escritos em cartões perfurados ou numa máquina de escrever eléctrica. Este conceito de usar a memória para guardar tanto o programa como os dados é atribuída a John von Neumann, Por essa razão, as arquiteturas em que uma só memória guarda tanto os dados como os programas, de arquitetura de von Neumann . Esta arquitetura veio a impôr-se à alternativa de ter duas memórias separadas para os dados e para o código, que é conhecida como arquitetura de Harvard .

A utilização de transístores como tecnologia de base veio permitir a evolução para a segunda geração de computadores, que já usavam tecnologias de discos magnéticos para guardar a informação de forma não volátil e tinham memórias baseadas em ferrites. A 3ª geração de computadores surgiu com o advento dos circuitos integrados, em 1961, o que permitiu uma grande redução no tamanho dos computadores e o consequente aumento do número de portas lógicas. A criação do circuito integrado com grande escala de integração (VLSI ) veio permitir a criação de processadores inteiramente contidos num só circuito integrado, o que fez baixar o preço de um computador por forma a permitir o seu uso como um computador pessoal. O 1º processador disponível num único circuito integrado foi 4004, da Intel O 1º computador pessoal tenha sido baseado no processador 8080, da Intel, mas o o mais importante para os computadores pessoais foi a definição pela IBM, de um modelo padrão para computadores pessoais, ou PCs , baseados no

3.1 Tipos de Computadores Apesar de existir um maior numero de PC´s baseados nos processadores Intel, existem ainda muitos outros tipos de processadores, tais como: os computadores da Apple, nos processadores da série 680X0 e na família de processadores PowerPC, ambos da Motorola. A criação dos circuitos integrados possibilitou a utilização de processadores para controlar sistemas electrónicos autónomos, geralmente conhecidos como micro-controladores, são mais simples, menos dispendiosos e mais flexíveis no que respeita aos sistemas de entrada/saída. Um outro tipo de processadores dedicados são os processadores de sinal, que são projetados para serem extremamente eficientes em aplicações de processamento de sinal, e são usados em sistemas para telecomunicações tais como telefones e televisões.

3.2 Organização Interna de um Computador Um computador é um sistema digital programável através de uma sequência de instruções guardada em memória. Estas instruções especificam qual a sequência de operações de manipulação de dados que deve ser executada. A unidade que processa a sequência de instruções é a unidade central de processamento (U) , ela é constituída por circuitos combinatórios que permitem efetuar operações lógicas e aritméticas, e por registos que permitem guardar os dados e os resultados dessas operações. A memória encontra-se ligada à unidade central de processamento através de dois barramentos

Esquematicamente, a execução de uma instrução guardada em memória a pelas seguintes fases: •

A U envia para a memória o endereço da próxima instrução a executar e recebe uma palavra de memória que guarda a codificação da instrução a executar.

•

A U descodifica a instrução, identificando quais os operandos e qual o tipo

A U faz um ou mais os à memória para carregar os operandos especificados pela instrução para registos internos. Na posse de todos os operandos, a unidade central de processamento executa a operação especificada na instrução. Após obter o resultado, a U escreve o mesmo em memória, caso seja necessário, ou num registo interno.

3.3 Interacção com o Exterior A U e a memória, são o núcleo central de um computador, mas, por si só, não podem desempenhar qualquer função útil. Para comunicar com os utilizadores, o computador usa diversos dispositivos periféricos tais como teclados, ratos, monitores, impressoras, discos e fitas magnéticas para armazenar dados, e interfaces de rede para comunicar com outros computadores. A comunicação com os outros dispositivos é feita por portos de entrada/saída, os mesmos controlam os periféricos usando protocolos que variam de periférico para periférico. A U, a memória e os portos de entrada/saída são acoplados numa única unidade física, para que possam comunicar através de barramentos curtos e de alta velocidade O tratamento que cada porto de entrada/saída dá aos dados depende do periférico que lhe está ligado. Por exemplo, um porto de entrada/saída que corresponda a uma porta série envia os dados recebidos para uma linha série. Esses dados são depois interpretados por um periférico que entenda o protocolo série, como, por exemplo, um modem.

Outros portos de entrada/saída tratam os dados de forma diferente. Um porto paralelo pode ser usado para comunicar comuma impressora. Outros portos correspondem a periféricosmais complexos, como, por exemplo, placas gráficas e controladores de disco. e

4. ARQUITECTURA DE CONJUNTO DE INSTRUÇÕES

4.1 Linguagem Assembly 4.2 Instruções Assembly 4.3 Especificação dos Operandos 4.4 Codificação das Instruções 4.5 Instruções do P3

ARQUITECTURA DE CONJUNTO DE INSTRUÇÕES

O processador P3 é semelhante a processadores comerciais, exibindo muitas das suas características, evitando, no entanto, as idiossincrasias inerentes a estes. Alémde se apresentar a linguagem assembly deste processador, descreve-se também a forma como uma instrução assembly é traduzida para linguagem máquina, sendo assim abordados os níveis 2 e 3

Um computador é, de facto, um sistema digital programável ou configurado a diversos níveis de abstracção. A figura acima, ilustra os diversos níveis de abstracção a que um computador pode ser visto. É da responsabilidade dos programadores interpretarem as especificações que definem o funcionamento de uma aplicação e escreverem o código em linguagem de alto nível que as realiza. Este código de alto nível não é directamente executado pelo computador, sendo primeiro traduzido, por um outro programa, chamado compilador, para uma linguagem muito mais simples, a linguagem assembly. Apesar da sua simplicidade, a linguagemassembly não é ainda directamente executada pelo processador. Temde ser traduzida para linguagemmáquina, que, essa sim,

Instruções Assembly Uma instrução é guardada em memória como uma combinação de bits que especifica, de forma única, uma sequência de operações de transferências entre registos que deve ser executada pelo processador. De um modo geral, as instruções são executadas pela ordem em que estão ordenadas em memória. Em alguns casos, esta sequência de execução é alterada, quer porque é executada uma instrução de controlo, quer porque o processador recebe um pedido externo e tem de alterar a ordem de execução das instruções. Existem três grandes classes de instruções:  As instruções de transferência de dados transferem informação de um local (registo, posição dememória ou porto de entrada/saída) para outro, sem alterar a informação original. 

As instruções de manipulação de dados aplicam um operador aritmético ou lógico ao operando ou operandos, especificados pela sua localização, e guardam o resultado da mesma.



As instruções de controlo permitem alterar a sequência normal de instruções e definir qual a próxima instrução a ser executada.

As instruções de transferência de dados são usadas para copiar ou salvaguardar dados. Copiam valores para registos ou posições de memória onde possam ser manipulados, para criar diversos tipos de estruturas de dados como, por exemplo, arrays e listas, e, ainda, para efectuar operações de entrada e saída. No processador P3, a instrução de transferência de dados mais simples é a instrução MOV. Por exemplo, a instrução MOV R1, M[00A0h] copia o conteúdo da posição de memória 00A0h para o registo R1.

As instruções de manipulação de dados são as que efectivamente executam as operações úteis num programa. Todos os processadores am instruções aritméticas básicas tais como adição e subtracção. am ainda operações lógicas básicas, como a disjunção e a conjunção, e operações de deslocamento. Muitos processadores executam também operações aritméticas mais complexas como multiplicação, divisão e outras funções matemáticas sobre números inteiros ou reais. Entre estas instruções encontram-se, tipicamente, instruções como ADD, SUB, INC, MULT, AND, OR e XOR. Por exemplo, no processador P3, a instrução ADD R1,M[00B0h] soma o conteúdo do registo R1 ao conteúdo da posição de memória 00B0h, guardando o resultado no registo R1. A sequência de instruções a executar é controlada por um registo especial, o contador de programa, este registo é designado por PC (program counter), que contém o endereço de memória onde se encontra a próxima instrução a ser executada. As instruções de transferência e de manipulação de dados incrementam o contador de programa para o valor correspondente à posição de memória onde se inicia a instrução que se segue na sequência normal de execução, o que faz com que essa instrução seja a próxima a ser executada. As instruções de controlo permitem alterar a ordem de execução de instruções, incondicionalmente ou, em alternativa, apenas se a operação anterior produzir um resultado que satisfaça certas condições. Mais especificamente, as instruções de controlo permitem especificar qual o endereço da próxima instrução a executar, através da alteração do registo contador de programa, PC.

4.3 - Especificação dos Operandos Existem quatro origens possíveis para os operandos de uma instrução: registos internos do processador, constante especificada na própria instrução, uma localização em memória, e portos de entrada/saída.

Registos Internos A utilização de operandos em registos é vantajosa por duas razões. 1. O o a dados guardados num registo interno é muito mais rápido do que o o a dados em memória. 2. Existem menos registos internos do que posições de memória, o que permite utilizar menos bits para especificar um registo do que uma posição de memória. Isto leva a que as instruções que utilizam apenas registos necessitem de menos bits para a sua codificação, ocupando menos memória e sendo lidas e executadas mais rapidamente.

Memória e Portos de Entrada/Saída Existem duas formas possíveis de tratar os dados provenientes de portos de entrada/saída. Uma filosofia, adoptada em muitas famílias de processadores, consiste emdisponibilizar umconjunto de instruções especiais para a entrada e saída de dados. Esta solução equivale a ter entradas/saídas independentes do sistema dememória (independent IO). Neste caso, existe um espaço de endereçamento específico para operações de entrada saída. Um o a um dado porto de entrada/saída é especificado colocando um dado valor nos bits de endereço do processador (ou em parte deles) e controlando uma ou mais linhas adicionais que especificam que a operação é uma operação de entrada ou saída e não um o a memória.

Codificação das Instruções Na maioria dos processadores, as instruções básicas de manipulação de dados actuam sobre um máximo de dois operandos. Por exemplo, uma instrução de adição poderá calcular RES=OP1 + OP2. Para especificar completamente uma instrução deste tipo, é necessário especificar qual o tipo de operação, quais os operandos OP1 e OP2 bem como qual a localização de destino do resultado. Para analisar as diversas possibilidades de codificação das instruções de um processador, considere-se um processador com a seguinte configuração: Registos: o processador possui 8 registos internos de 16 bits cada um, numerados de 0 a 7. Memória: o processador acede a uma memória de 216 palavras de 16 bits cada, o que significa que cada posição de memória é acedida com um endereço de 16 bits. Isto corresponde a uma capacidade total de endereçamento de 64K palavras ou 128K octetos. Portos de entrada/saída: os portos de entrada saída são mapeados em memória, fazendo-se o o aos mesmos através de instruções normais de transferência de dados. Instruções: o conjunto de instruções contém 40 instruções.