Pipeline

Introdução

Pipeline  é  uma  técnica  de  implementação  de 

processadores que permite a sobreposição temporal de 

diversas fases de execução de instruções.

Analogia com uma maquina de lavar

Calcular o tempo de instruções pipeline

Pipeline num processador

Síntese

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.

CPU - Instruções

 Definição de Instruções de Máquina

A operação de uma UCP é determinada pelas instruções que ela executa,

conhecidas como instruções de máquina

Cada instrução deve conter toda a informação necessária para permitir sua

execução pela UCP. Essa informação necessária compreende:

• Código de operação: especifica a operação a ser realizada

• Operando fonte*: operandos que constituem dados de entrada para a

operação

• Operando de destino*: resultado que pode ser produzido pela operação

• Endereço da próxima instrução: local onde deve ser buscada a instrução

seguinte (em alguns casos), após o término da corrente

Definição de CISC e RISC

Argumentação CISC

A programação em assembly e compiladores pouco sofisticados

justificavam que as instruções estivessem perto das HLL

Acreditava-se que instruções complexas executavam mais

rapidamente uma operação do que sequências de instruções

simples

Instruções complexas permitiam que o programa fosse composto por

menos instruções, poupando memória

Os processadores possuíam poucos registos, exigindo o recurso

constante a operandos em memória – arquitecturas register-memory ou

memory-memory.

Argumentação RISC

1.A utilização das instruções complexas e modos de endereçamento

sofisticados é pouco frequente, pois os compiladores têm que

encontrar casos que se adaptem exactamente à instrução.

2. Suportar instruções complexas implica uma unidade de controlo

mais sofisticada, com um período de relógio maior. Isto aumenta

também o tempo de execução das instruções mais simples, cuja

utilização é mais frequente.

Conclusão: reduzir o conjunto de instruções e modos de

endereçamento àqueles estritamente necessários. Operações

complexas são conseguidas por software, à custa de sequências de

instruções simples. A simplificação da unidade de controlo permite que

estas instruções executem mais rapidamente.

Formato das Instruções



Cada instrução consiste num grupo de bits que pode ser dividido em
duas partes:
     • a primeira parte indica o que é a instrução e como será executada,
sendo constituída de um só campo;
     •  a segunda parte refere­se ao(s) dado(s) que será(ão) manipulado(s)
na operação, podendo ser constituída por mais de um campo.


Tamanho das Instruções


A definição dos códigos de operação do conjunto de instruções de um
processador pode ser feita por duas maneiras:
       •  instruções com C.Op. de tamanho fixo;
       •  instruções com C.Op. de tamanho variável.

Tipos de Instruções



Podemos, então, classificar as instruções de máquina nos seguintes
tipos, dependendo da sua função:
     •  Processamento de dados: instruções aritméticas e lógicas;
     •  Armazenamento de dados: instruções de memória;
     •  Movimentação de dados: instruções de E/S;
     •  Controle: instruções de teste e desvio.


Ciclo de Instrução

• Busca (leitura)
     – Lê a próxima instrução da memória para a UCP;
• Decodifiação
     – Interpreta o código de operação e seus operandos (se existir).
• Execução
     – Efetua a operação indicada.
• Interrupção
     – Se as interrupções estão habilitadas e ocorreu uma interrupção,
       salva o estado do processo atual e processa a interrupção.
• Exemplo de execução de um ciclo de instrução:
   – Iniciar
   – RI←(CI) Busca a instrução, cujo endereço está no CI
   – (CI) ← (CI)+1 Atualiza o CI para a próxima instrução;
   – Interpretar o C.Op.
   – Buscar Op. (Se houver)
   – Executar a instrução
   – Retornar

CPU - Central Processing Unit

Definição de CPU ou UCP, e sua composição







Central processing unit (CPU)












As atividades realizadas por um processador podem ser divididas em
duas grandes categorias:
PROCESSAMENTO







Compreende a realização das atividades relacionadas com a
efetiva execução de uma operação, envolvendo principalmente a
Unidade LógicoAritmética
(ULA) e os registradores internos ao
processador.







CONTROLE
É exercida pelos componentes do processador que realizam as
atividades de busca, interpretação e controle da execução das
instruções, bem como o controle dos demais componentes do
sistema de computação, tais como a memória e os dispositivos de
entrada e saída.







O processador é responsável pela atividade-fim
do sistema, isto é, computar, calcular, processar.







É responsável pela realização de qualquer operação realizada por
um computador.







Comanda não somente as ações efetuadas internamente, como
também em decorrência de interpretação de uma determinada
instrução, ele emite sinais de controle para os demais componentes
do computador agirem e realizarem alguma tarefa.














Definição de ALU ou ULA, e sua função no CPU

Unidade lógica e aritmética (ULA)

 A ULA (“ALU”) é o dispositivo do processador que efetivamente
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
 Ela é composta por dispositivos lógicos digitais simples, capazes de
armazenar bits e efetuar operações simples de lógica booleana.
 Os dados são fornecidos à ULA em registradores e uma vez
processados eles são armazenados novamente em registradores.
 Os registradores são interligados a ULA por meio de caminhos de
sinal.
 A ULA também pode ativar bits especiais (flags) para indicar o estado
de uma operação.
 A Unidade de Controle fornece sinais para controlar a operação da
ULA e a transferência de dados entre a ULA e os registradores.

Definição de UC e sua função no CPU


Unidade de Controle (UC)



Registradores utilizados pela UC
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 Registrador de Dados da Memória – RDM (Memory Buffer
Register MBR)
 É utilizado pela UCP para a transferência de informações entre esta e o
barramento de dados. No ciclo de busca de uma instrução, assume a
função de armazenar temporariamente a instrução a ser executada, a qual
foi trazida, via barramento de dados, da memória, e na sequência é
transferida para o RI.
 O RDM tem tamanho (em bits) geralmente igual ao do barramento de
dados, sendo que o tamanho deste último tem tamanho múltiplo do
tamanho da palavra do processador.
 Registrador de Endereços da Memória – REM (Memory Address
Register MAR)
 Armazena o endereço da memória onde a informação deve ser lida ou
escrita. No ciclo de busca de uma instrução, armazena o endereço da
memória onde se encontra a instrução a ser executada, fornecido pelo CI.
Tem tamanho (em bits) igual ao tamanho dos endereços de memória e ao
tamanho do barramento de endereços.
Registradores utilizados pela UC


Registos utilizados no UC


A Unidade de Controle – UC é responsável por:
 controlar a transferência de dados e instruções para dentro e fora
da CPU;
 controlar a operação da ULA;
 controlar a execução de instruções;
 gerar sinais de controle externos ao processador para comandar a
transferência de dados entre o processador e a memória ou
módulos de entrada / saída;
 gerar sinais de controle internos ao processador para mover
dados entre registradores;
 gerar sinais de controle internos ao processador para comandar a
ULA na execução de uma determinada função;




Função do Relógio




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.
 Pode ser entendido com um dispositivo de controle.
 Em geral o relógio é formado por um cristal de quartzo.
Relógio
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 Principais elementos:
 Um ciclo do relógio (clock clycle) é o intervalo de tempo entre o
início de um pulso e o início do seguinte.
 Um período (cycle time ou period) é o intervalo de tempo gasto
para ser obter um ciclo do sinal do relógio.
 Usualmente medido em unidades de tempo em
nanossegundos.
 Freqüência (frequency ou clock rate) é a quantidade de ciclos por
segundo de um relógio. É o inverso do período.
 A unidade de medida utilizada para a freqüência é o Hertz(Hz)
onde, 1 Hz = 1 ciclo por segundo.
 Assim, se um processador funciona com um clock de 25 milhões de
vezes por segundo, isto é, 25MHz, e sendo seu período de duração o
inverso da freqüência, então cada ciclo será igual a 1/25000000, ou
0,00000004 ou 40 nano segundos (nS).

Foi anunciado à poucos minutos que Steve Jobs, co-fundador e, durante muitos anos, director executivo da empresa norte-americana faleceu. Foi um homem revolucionário e um dos maiores defensores da popularização da tecnologia.


Steve Jobs tinha 56 anos e lutava há muito tempo contra um cancro do pâncreas, depois de ter superado um tumor no fígado. A empresa que criou homenageou-o com as seguintes palavras:

“A Apple perdeu seu génio criativo e visionário, o mundo perdeu um ser humano maravilhoso. Aqueles que foram sortudos o suficiente para conhecer e trabalhar com Steve perderam um grande amigo e um mentor. Steve deixa uma companhia que apenas ele poderia ter construído e o seu espírito será a base da Apple para sempre”

Fica um videos dele a a falar da sua vida:


R.I.P.(Rest in Peace)

Comparação de processadores

Evolução do Processadores

Todas a imagens asseguir representadas foram retiradas de um Power-Point

Pc Analyzer 2009

Pc Analyzer 2009: Este modelo é o que há de mais moderno em tecnologia de placas de diagnóstico! Além do processador interno existente no microcontrolador, vem com processador EXTERNO xILINX!

Leds indicativos de presença de tensão; leds indicativos dos sinais primordiais da placa mãe: RST, IRDY, CLK, FRAME, OSC

Mais uma vez inovando, e buscando tecnologias que otimizem o serviço técnico de manutenção e diagnóstico, trazemos o modelo mais novo da Placa de Diagnóstico Pc Analyzer: um modelo que, além do tradicional MICROCONTROLADOR, vem com um processador XILINX externo, para garantir a compatibilidade com a maior variedade possível de placas mãe e processadores de núcleo duplo, ou quádruplo.

Nosso trabalho, incessante e incansável de buscar novas tecnologias, e parcerias técnicas, resultou neste produto de excepcional qualidade e performance.