CPU: Instruções, Dados e Arquitetura

Como o Computador Distingue Dados e Instruções na Memória?

Sob o ponto de vista da unidade de memória, não existe diferença entre os códigos binários de dados e os de instruções, pois ambos utilizam a mesma representação.

No entanto, sob o ponto de vista do processador, a distinção ocorre durante o ciclo de instrução:

• A palavra buscada na fase de busca é sempre tratada inicialmente como uma instrução e transferida para o registrador de instrução (RI).
• Na fase de decodificação, os bits no campo de código de operação (C.O.) dessa palavra são interpretados pela unidade de controle.
• A unidade de controle gera uma sequência de microcomandos para executar efetivamente a instrução decodificada.
• Se a instrução necessitar de operandos (dados), sua execução envolverá acessos adicionais à memória ou registradores. As palavras buscadas nesses acessos subsequentes, ou os valores lidos de registradores, são tratadas como dados.

É fundamental notar que a fase de busca é idêntica para qualquer instrução, pois é nela que se obtém o C.O. que define os passos seguintes. Um programa estabelece a sequência de instruções a serem executadas, e a unidade de controle gera os sinais necessários para executar cada uma delas. A correta solução do problema (execução do programa) depende da interação precisa entre o programa (sequência de instruções) e o hardware (unidade de controle e execução).

Afirmações sobre Arquitetura de Computadores

Identifique como verdadeiro (V) ou falso (F):

• (V) As instruções que são visíveis ao programador e que fazem parte do conjunto de instruções (instruction set) disponíveis no processador são chamadas de macroinstruções (ou simplesmente instruções de máquina).
• (V) A microinstrução é um código de controle de baixo nível, gerado dentro da unidade de controle do processador, necessário para executar uma operação elementar (subtarefa). Um conjunto de microinstruções é tipicamente usado para implementar a execução de uma macroinstrução.
• (V) O que diferencia fundamentalmente a arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer) da CISC (Complex Instruction Set Computer) são as características do conjunto de macroinstruções. Na CISC, o conjunto de instruções tende a ser maior, com instruções mais complexas e poderosas que podem realizar múltiplas operações de baixo nível, visando facilitar a programação e reduzir o tamanho do código compilado, mas resultando em hardware mais complexo e potencialmente mais lento para decodificar e executar cada instrução. Na RISC, as instruções são mais simples, uniformes e executadas mais rapidamente (geralmente em um ciclo de clock), levando a um processador com design mais simples e veloz, mas exigindo mais instruções para realizar tarefas complexas e transferindo parte da complexidade para o compilador.
• (V) Microarquitetura define a implementação interna específica de uma dada arquitetura de conjunto de instruções (ISA). Ela detalha como os componentes do processador (como unidades lógicas e aritméticas, registradores, caches, pipelines, barramentos internos) estão organizados e interconectados para executar as instruções definidas pela ISA.
• (V) As chaves de transmissão (transmission gates) ou buffers tri-state são circuitos eletrônicos que atuam como interruptores controlados. Quando habilitados, conectam eletricamente a saída de um determinado circuito a um barramento compartilhado. Quando desabilitados, colocam sua saída em um estado de alta impedância (tri-state), desconectando efetivamente o dispositivo do barramento e permitindo que outros dispositivos o utilizem sem interferência ou conflito elétrico.