Microprocessador a)

Qual é a função geral da CPU em um computador?

A CPU é o “cérebro” do computador, responsável por controlar e executar as instruções do sistema.

Quais são os principais componentes funcionais internos da CPU?

1. Circuitos de controlo

2. Unidade Aritmética e Lógica (ALU)

3. Registos (registradores)

Para que servem os circuitos de controlo da CPU?

Coordenam a busca, decodificação e execução de instruções.

O que faz a Unidade Aritmética e Lógica (ALU)?

Executa operações matemáticas (soma, subtração) e lógicas (AND, OR, NOT).

Qual é a função dos registradores dentro da CPU?

Armazenam temporariamente dados e instruções durante a execução, além de guardar o estado da CPU.

Que tipo de comunicação externa a CPU realiza?

Através de circuitos de interface, comunica-se com a memória e dispositivos de entrada/saída (I/O).

Qual é a importância da CPU para o funcionamento do sistema?

A CPU coordena e executa todas as operações fundamentais, sendo essencial para o processamento de dados.

Constituintes base do Processador

▪ Unidade Aritmética e Lógica (ALU);

▪ Coprocessador Matemático;

▪ Memória Cache;

▪ Registos;

▪ Unidade de Controlo;

▪ Barramentos Internos;

▪ Unidade de Interface de Barramentos.

O que é a ALU (Unidade Aritmética e Lógica)?

É o componente da CPU responsável por executar operações aritméticas e lógicas com dados armazenados nos registradores.

Quais operações matemáticas a ALU realiza?

Soma, subtração, incremento, decremento e, em algumas arquiteturas, multiplicação e divisão com inteiros.

Quais são as operações lógicas feitas pela ALU?

AND (E), OR (OU), NOT (NÃO), e outras como XOR e NAND, usadas em decisões e comparações binárias.

Com que componente a ALU trabalha diretamente?

Os registos (registradores), de onde lê os operandos e para onde escreve os resultados.

Quais portas lógicas compõem internamente a ALU?

AND, OR, NOT e MUX (Multiplexador), todas operando em nível de 1 bit e combinadas em unidades maiores (ex: somadores de 32 ou 64 bits).

Quais operações do processador são executadas pela ALU?

Todas as operações de cálculo com dados inteiros, como as instruções tipo R em arquiteturas RISC.

O que é o Coprocessador Matemático (FPU)?

É um componente dedicado à execução de operações com números de vírgula flutuante (ponto flutuante)

Como o coprocessador se relaciona com a CPU principal?

Ele trabalha em conjunto com a CPU, processando cálculos complexos para liberar a CPU de tarefas pesadas.

Qual é o impacto da FPU no desempenho do sistema?

Aumenta a performance em aplicações com muitos cálculos decimais, como gráficos 3D, simulações científicas e IA.

Por que a FPU é importante em aplicações como inteligência artificial ou simulações?

Essas áreas exigem operações matemáticas com alta precisão decimal, que são processadas de forma mais eficiente pela FPU do que pela ALU comum.

O que a FPU permite à CPU principal ao lidar com cálculos intensivos?

Reduz a carga de trabalho da CPU, permitindo que ela se concentre em outras tarefas de controle e execução geral.

Por que a memória cache é necessária?

Porque a memória RAM é muito lenta comparada à velocidade da CPU, causando gargalos no desempenho.

O que é a memória cache?

: É uma memória ultrarrápida usada para armazenar dados frequentemente acessados pela CPU, de forma temporária.

Qual é o principal benefício da cache?

Reduz a latência de acesso à memória RAM, acelerando a execução das instruções.

O que acontece quando mais dados são mantidos na cache?

Aumenta a chance de cache hit, o que melhora o desempenho geral do sistema.

Quais são os níveis de cache e suas características?

• L1: mais rápida e menor (dentro do núcleo)

• L2: maior que L1, um pouco mais lenta

• L3: ainda maior, compartilhada entre núcleos, mais lenta que L1 e L2

Onde a memória cache está localizada?

Dentro da CPU, próxima aos núcleos de processamento.

O que são registos dentro do processador?

São pequenas memórias ultrarrápidas internas à CPU, usadas para armazenar dados e instruções temporariamente.

Qual é a função dos registos durante a execução das instruções?

Armazenam operandos, endereços e resultados intermediários necessários para a CPU processar os dados em tempo real.

Que tipo de informações um registo pode conter?

Pode conter dados, endereços de memória ou informações de controlo, como flags de estado.

Quais são exemplos de registos importantes?

• PC (Program Counter): guarda o endereço da próxima instrução

• IR (Instruction Register): guarda a instrução atual

• ACC (Acumulador): armazena resultados intermediários da ALU

Onde a maioria das operações da CPU acontece?

Dentro dos próprios registos, devido à sua alta velocidade.

Qual é a principal função da Unidade de Controlo (UC)?

Coordenar a execução das instruções da CPU, garantindo que cada componente atue no momento certo.

O que a UC controla dentro do processador?

O fluxo de dados entre os componentes da CPU (registradores, ALU, memória, etc.) e entre o processador e o exterior (I/O).

Como a UC interage com outras unidades?

Controla todas as unidades internas, como ALU, registradores e barramentos, para garantir a execução correta das instruções.

Quais são as unidades auxiliares presentes na UC?

• Unidade de Aquisição (Fetch): busca a próxima instrução da memória

• Unidade de Descodificação (Decode): interpreta a instrução e gera sinais de controle

A Unidade de Controlo é igual em todas as arquiteturas?

Não. A estrutura da UC varia bastante conforme a arquitetura, podendo ser cablada (hardwired) ou microprogramada.

Por que a UC é essencial no ciclo de instrução?

Ela orquestra todas as etapas: busca, decodificação e execução, garantindo que o processador funcione corretamente.

Qual é a função dos barramentos internos no processador?

Transportar sinais elétricos e dados entre os diversos componentes da CPU.

O que os barramentos internos permitem dentro da CPU?

Permitem a comunicação e o transporte de informação entre a UC, ALU, registradores e cache.

Quais componentes são interligados pelos barramentos internos?

• Unidade de Controlo (UC)

• Unidade Lógica e Aritmética (ALU)

• Registos

• Memória Cache

Por que os barramentos são essenciais na CPU?

São a infraestrutura de comunicação interna, sem a qual os componentes não poderiam trocar dados nem coordenar operações.

Qual é a principal função da Unidade de Interface de Barramentos?

Controlar o fluxo de dados entre a CPU, a memória e os dispositivos externos, e adaptar a velocidade do processador aos periféricos.

Como a unidade de interface interage com os dispositivos externos?

Através do barramento do sistema, coordenando operações de leitura e escrita com a memória principal e periféricos.

O que é um barramento de sistema?

É o conjunto de linhas físicas que permite a troca de dados, endereços e sinais de controle entre os componentes.

Quais são os três tipos de barramentos e suas funções?

• Barramento de Endereços: Indica a posição da memória a ser acedida

• Barramento de Dados: Transporta os dados entre a CPU e a memória

• Barramento de Controle: Indica se a operação é de leitura ou escrita

Por que é importante adaptar a velocidade do processador à dos dispositivos externos?

Dispositivos externos são mais lentos, e a interface precisa evitar perda de dados e garantir sincronização.