Architecture des ordinateurs Architecture des ordinateurs A. El magri
T.Dumartin
IUT Lannion
DĂŠpartement Mesures Physiques
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Architecture des ordinateurs
Architecture des ordinateurs Les Microprocesseurs Architecture des ordinateurs A. El magri g
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IV. Le microprocesseur
IV.1 IV.2 IV 3 IV.3 IV.4 IV 5 IV.5
Généralités Architecture de base Exécution d d’une une instruction Caractéristiques Langage de programmation
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IV. Le microprocesseur IV.1 Généralités
Microprocesseur ªCircuit intégré numérique complexe. ªIntégration sur une puce de fonctions logiques combinatoires (logiques et/ou arithmétiques) et séquentielles (registres, compteur, etc…) ªCapable d'interpréter et d'exécuter les instructions d'un programme.
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IV. Le microprocesseur IV.1 Généralités
ªConceptt d ªC de microprocesseur i créé éé par la l Société S iété Intel I t l en 1971 ª1ier microprocesseur = le 4004 : D unité de calcul 4 bits D fonctionnant à 108 kHz D intégration d’environ d environ 2300 transistors transistors.
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IV. Le microprocesseur IV.1 Généralités
Rôle ªIl organise l’enchaînement des tâches précisées dans la mémoire (programme) (p g ) ªIl rythme et synchronise l'exécution de ces tâches ªIl gère les informations extérieures au système ªPrincipe de von Neuman DProgramme et données dans la même mémoire q des tâches DExécution séquentielle
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IV. Le microprocesseur IV.2 Architecture de base
Bus d’adresses
up
mémoire
Données
Unité U ité d de traitement
Unité U ité de d commande H Programme
Bus de données
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IV. Le microprocesseur IV.2 Architecture de base
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IV. Le microprocesseur IV.2 Architecture de base
Unité centrale de traitement unité arithmétique et logique : l’organe de calcul du calculateur ;
registres : zones de stockage des données de travail de l’UAL (opérandes, résultats intermédiaires) ; unité de contrôle : • Séquence le déroulement des instructions • Décode les instructions à exécuter
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IV. Le microprocesseur IV.2 Architecture de base
Unité centrale de traitement
mémoire centrale contient : • le programme à exécuter • les données à traiter.
unité d’entrées/sorties : intermédiaire entre le calculateur et le monde extérieur. extérieur
unité de transfert : support pp matériel de la circulation des données.
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IV. Le microprocesseur IV.2 Architecture de base Définition
Définitions : Un microprocesseur p : UC ((UAL + registres g + unité de contrôle) entièrement contenue dans un seul circuit intégré. Un calculateur construit autour d’un microprocesseur est un microcalculateur ou un microordinateur. microordinateur
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IV. Le microprocesseur IV.3 Organisation de la mémoire centrale
La mémoire : cases contenant : o instruction ou o une donnée d é
Chaque case est repérée par un numéro: son adresse. T.Dumartin IUT Lannion Prof: A. El magri
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IV. Le microprocesseur IV.4 Circulation de l’information dans un calculateur
Les BUS: 9 bus d’adresses : (unidirectionnels) spécifie l’adresse de la case mémoire à lire ou à écrire ;
9 bus de données : (bidirectionnels) permet les transferts des données
9 bus de commande : transmet les ordres de lecture et d’écriture.
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IV. Le microprocesseur IV.5 Description matérielle d’un microprocesseur
Exemples : Intel 8085, 8086, Zilog Z80, Motorola 68000, Intel 80386.
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IV. Le microprocesseur IV.5 Interfaçage microprocesseur/mémoire
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IV. Le microprocesseur IV.5 Interfaçage microprocesseur/mémoire
Exemples : connexion de trois boîtiers mémoire de 8 Ko chacun (13 lignes d’adresses) d adresses) sur un bus d’adresse d adresse de 16 bits :
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IV. Le microprocesseur IV.5 Décodage d’adresses
A13, A14 et A15 fournissent 8 combinaisons, de 000 à 111. possibilité de connecter 8 boîtiers mémoire de 8 Ko sur le bus. La mémoire totale maximale implantée p devient donc de 8x8 Ko = 64 Ko ⇒ utilisation d’un circuit de décodage d’adresses: un décodeur 3 vers 8.
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IV. Le microprocesseur IV.5 Décodage d’adresses
circuit de décodage d’adresses: un décodeur 3 vers 8. Table de vérité:
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IV. Le microprocesseur IV.5 Décodage d’adresses
Exemple: • Décodage d d’adresse adresse de 4 boitiers de mémoires de 4 Ko chacune (soit 12 bits d’@). • Utilisation Utili ti de d décodeur dé d 3 vers 8. 8 RAM1: de @$0000 jusqu' à @$...... RAM2: de @$1000 jusqu' à @$...... @$........ jjusqu' q à @$ @$...... RAM3: de @$ RAM4: de @$........ jusqu' à @$...... T.Dumartin IUT Lannion Prof: A. El magri
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IV. Le microprocesseur IV.6 Fonctionnement d’un microprocesseur
Format d’une instruction :
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IV. Le microprocesseur IV.6 Fonctionnement d’un microprocesseur
Rangement en mémoire :
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IV. Le microprocesseur IV.6 Fonctionnement d’un microprocesseur
Schéma fonctionnel:
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IV. Le microprocesseur IV.7 Exécution d’une instruction
Le microprocesseur ne comprend que les informations binaires Chaque instruction est représentée par un code différent Un cycle y d’exécution s’effectue en 3 étapes p : 1. Recherche de l’instruction 2 Décodage de l’instruction 2. l instruction 3. Exécution de l’instruction
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IV. Le microprocesseur IV.7 Exécution d’une instruction
1) Recherche de l'instruction à traiter:
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IV. Le microprocesseur IV.7 Exécution d’une instruction
2) Décodage de l’instruction et recherche de l'opérande:
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IV. Le microprocesseur IV.7 Exécution d’une instruction
3) Exécution de l'instruction:
1 exécution. 1. é ti 2 2. positionnement iti td du ((registre i t d'état). d'ét t) 3. 3 le l PC pointe i t sur l'instruction suivante. T.Dumartin IUT Lannion Prof: A. El magri
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IV. Le microprocesseur IV.4 Caractéristiques
Fabricant AMD – Intel – IBM – Motorola… Taille des données traitables 8 bits – 16 bits – 32 bits – 64 bits… Quantité de mémoire adressable 1Mo – 1Go – 64 Go – 64 To… To Fréquence d’horloge d horloge 1 GHz – 2GHz…
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IV. Le microprocesseur IV.4 Caractéristiques
Unité de traitement complémentaire FPU (Floating Point Unit) MultiMedia eXchange (MMX) Mémoire cache… Jeux d’instructions Ensemble des opérations élémentaires que le microprocesseur pourra exécuter.
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IV. Le microprocesseur IV.4 Caractéristiques
Jeux d’instructions d instructions ªType d’instructions d instructions ªCodage des instructions ªMode d’adressage d adressage ªTemps d’exécution
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IV. Le microprocesseur IV.5 Langage de programmation
Langage machine
Langage compris par le microprocesseur p
0101 0011 1111 0011
assemblage Langage assembleur
Langage le plus proche du langage machine
lda, sta, cmp…
compilation Permet de faire abstraction du microprocesseur F ilité d Facilité de programmation ti
Langage haut niveau for, if…then, write…
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IV. Le microprocesseur IV.5 Langage de programmation
™ Exemple de langage
Code machine (68HC11) C6 64 B6 00 1B 5A 26 03
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Assembleur (68HC11)
ret
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LDAB #100 LDAA #0 ABA DECB BNE ret
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Langage C
A=0 ; for ( i=1 ; i<101 ; i++) A=A+i ;
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