CPU - Central Processing Unit

Definição de CPU ou UCP (Unidade Central de Processamento)

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

Os processadores atuais são fabricados de modo que, em um único invólucro são inseridos todos os elementos necessários à realização de suas funções.

Um processador tem, por propósito, realizar operações com dados (que denominamos processamento) normalmente numéricos.

A função do processador (UCP) consiste resumidamente no seguinte:

• Buscar uma instrução na memória (operação de leitura), uma de cada vez;
• Interpretar que operação a instrução está explicitando (soma, subtração, movimentação de dados, etc);
• Buscar os dados onde estiverem armazenados, para trazêlos até o processador;
• Executar efetivamente a operação com o(s) dados(s);
• Guardar o resultado (se houver algum) no local definido na instrução;
• E finalmente, reiniciar o processo buscando uma nova instrução.

Definição de ALU ou ULA (Unidade Lógica e Aritmética)

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;

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 (Unidade de controle)

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.

Registradores utilizados pela UC

Registrador de Instrução – RI (Instruction Register – IR)

• Tem a função de armazenar a instrução a ser executada pela UCP. No início do ciclo de instrução a UC emite sinais de controle seqüenciados no tempo para a realização do ciclo de leitura, no qual   instrução é buscada na memória e armazenada no RI, via barramento de dados e RDM.

Contador de Instrução – CI (Program Counter – PC)

• Armazena o endereço da próxima instrução a ser executada, sendo crucial para o processo de controle e de seqüenciamento da execução dos programas. Assim que a instrução a ser executada é lida da memória para a UCP, o conteúdo do CI é automaticamente modificado, sendo nele armazenado o endereço da próxima instrução na seqüência.

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.

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.