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Integração

A integração de componentes consiste no processo de fazê-los trabalhar em conjunto, permitindo que se comuniquem de forma eficiente para executar as tarefas solicitadas. Nesta seção, revisaremos os principais componentes, explicaremos como ocorre a integração entre eles e, por fim, realizaremos alguns exercícios.

Componentes​

ULA​

A ULA, mais conhecida como unidade lógica aritmética, é um componente crucial para o bom funcionamento de qualquer processador. Isso porque é a partir dela que conseguimos realizar cálculos numéricos e fazer operações lógicas. Geralmente, a ULA apresenta as seguintes operações: adição, subtração, OR, AND e NOT.

Registradores​

Os registradores são componentes responsáveis pelo armazenamento de informações temporárias, incluindo: resultados de cálculos, endereços de memória e operandos de uma conta feita na ULA. Dentre os diversos tipos de registradores, os principais são:

  • Program counter(PC): indica o endereço que a memória deve ler.
  • Registrador de instrução(IR): armazena a instução que está sendo executada.
  • Banco de registradores: conjunto de registradores responsáveis por armazenar valores que serão usados em operações.

Memória​

A memória, assim como os registradores, é um componente fundamental responsável pelo armazenamento de informações. No entanto, ao contrário dos registradores, a memória possui a capacidade de manter de forma permanente os dados e instruções, permitindo que as informações sejam preservadas ao longo do tempo, mesmo após o processamento das tarefas. Essa característica a torna essencial para o funcionamento contínuo e eficiente do sistema, proporcionando a persistência necessária para a execução de programas e a recuperação de dados durante o ciclo de operação do processador.

Unidade de controle​

A Unidade de Controle (UC) é o componente da CPU responsável por coordenar e gerenciar todas as operações do processador. Ela interpreta as instruções de um programa, controla o fluxo de dados entre a memória, a ULA e os registradores, e garante que as operações sejam executadas na ordem correta.

Integração​

A integração dos componentes requer a criação de conexões que assegurem o fluxo adequado das informações, permitindo que as tarefas sejam executadas de maneira eficiente. Com os componentes já definidos, a próxima etapa consiste em conectá-los de forma harmônica e funcional:

  • ULA: Responsável por realizar operações, tanto com os valores armazenados no banco de registradores quanto com os contidos na memória. Por isso, é essencial estabelecer uma conexão entre o banco de registradores e a ULA, além de uma ligação entre a memória e a ULA.
  • UC (Unidade de Controle): Coordenadora das atividades de todos os outros componentes. Portanto, deve estar conectada a todos os demais componentes para garantir o correto funcionamento do sistema.
  • Banco de Registradores: Sua função é fornecer e receber valores tanto da ULA quanto da memória. Assim, é necessário estabelecer conexões entre o banco de registradores, a ULA e a memória, de modo que ele possa interagir com ambos.
  • Program Counter (PC): Responsável por enviar o endereço atual à memória. Dessa forma, é crucial conectar o Program Counter à memória para que a sequência de instruções seja corretamente acessada.
  • Instruction Register (IR): Armazena a instrução que está sendo processada e a transmite à unidade de controle. Assim, é preciso conectar o registrador de instruções tanto à memória quanto à unidade de controle para que a instrução seja corretamente gerenciada.
  • Memória: Recebe o endereço do Program Counter, envia a instrução ao Instruction Register, além de intercambiar dados com o banco de registradores e a ULA. Portanto, a memória deve ser conectada ao Program Counter, ao Instruction Register, ao banco de registradores e à ULA, estabelecendo assim um fluxo contínuo de informações.

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Exercícios​

  1. Faça o desenho esquemático de um processador.

  2. Justifique cada uma das conexões feitas.

  3. Qual é a função da unidade de controle?

  4. O que é uma instrução?

Gabarito​

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  1. O Program Counter (PC) deve ser conectado à memória, pois é ele quem envia o endereço para a recuperação das instruções. A memória, por sua vez, precisa estar interligada ao banco de registradores, uma vez que é responsável por fornecer e receber valores, e o mesmo se aplica à Unidade Lógica Aritmética (ULA). O Instruction Register (IR) deve ser ligado à unidade de controle, pois é nele que a instrução atual é armazenada para posterior execução. O banco de registradores e a ULA também devem estar conectados, já que os valores das operações e seus resultados transitam várias vezes entre ambos. Finalmente, a unidade de controle deve ser conectada a todos os componentes, pois é ela que coordena suas atividades, assegurando uma execução eficiente e harmoniosa das tarefas do processador.

  2. A unidade de controle é responsável por coordenar e gerenciar as operações do processador, emitindo sinais de controle para os diversos componentes, como a ULA, registradores e memória, garantindo que atuem de forma sincronizada e correta. Ela interpreta as instruções, determina as ações necessárias, coordena as etapas do ciclo de execução (busca, decodificação, execução e armazenamento) e regula o fluxo de dados em conjunto com o clock. Sem a unidade de controle, o processador seria incapaz de executar instruções de maneira ordenada e eficiente.

  3. Uma instrução é um comando expresso em números binários, que o processador decodifica, interpreta e executa com diferentes finalidades, direcionando suas ações para a realização de tarefas específicas.

INFO

Kevin Ryoji Nakashima 15675936
Jhonatan Barboza da Silva 15645049
Rodrigo Rodrigues de Castro 13695362