CHAPITRE I
ARCHITECTURE de BASE
Modèle de Von Neumann
John Von Neumann est à l'origine d'un modèle de machine universelle de traitement programmé
de l’information (1946). Cette architecture sert de base à la plupart des systèmes à microprocesseur
actuel. Elle est composé des éléments suivants :
une unité centrale
une mémoire principale
des interfaces d’entrées/sorties
Les différents organes du système sont reliés par des voies de communication appelées bus.
Architecture et Microprocesseur
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Architecture et Microprocesseur
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L’unité centrale de traitement (CPU : Central Processing Unit) est constituée :
d’une unité arithmétique et logique : c’est l’organe de calcul du calculateur ;
de registres : zones de stockage des données de travail de l’UAL (opérandes, résultats
intermédiaires) ;
d’une unité de contrôle (CU: Control Unit) : elle envoie les ordres ou commandes à tous les
autres éléments du calculateur afin d’exécuter un programme.
un microprocesseur consiste en une unité centrale de traitement (UAL + registres + unité
de contrôle) entièrement contenue dans un seul circuit intégré.
L’unité d’entrées/sorties (E/S) est un intermédiaire entre le calculateur et le monde extérieur.
L’unité de transfert est le support matériel de la circulation des données. Les échanges d’ordres et de
données dans le calculateur sont synchronisés par une horloge qui délivre des impulsions à des
intervalles de temps fixes.
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La mémoire principale
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La mémoire peut être vue comme un ensemble de cellules ou cases contenant chacune une information
ou une instruction ou une donnée. Chaque case mémoire est repérée par un numéro d’ordre
unique : son adresse.
Physiquement, elle se décompose souvent en :
une mémoire morte (ROM = Read Only Memory)
chargée de stocker
le programme. C’est une
mémoire à lecture seule.
une mémoire vive
(RAM = Random Access
Memory)
chargée
de
stocker
les
données
intermédiaires ou les résultats de calculs. On peut
lire ou écrire des données dedans, ces données
sont perdues à la mise hors tension.
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Les Bus
Un bus est un ensemble de fils qui assure la transmission du même type d’information.
un bus de données (Data Bus) : bidirectionnel qui assure le transfert des informations entre le
microprocesseur et son environnement, et inversement. Son nombre de lignes est égale à la
capacité de traitement du microprocesseur.
un bus d'adresses (Adress Bus) : unidirectionnel qui permet la sélection des informations à
traiter dans un espace mémoire ou espace adressable qui peut avoir 2n emplacements, avec n
est le nombre de conducteurs du bus d'adresses.
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un bus de commande (Control Bus) : constitué par quelques conducteurs qui assurent la
synchronisation des flux d'informations sur les bus des données et des adresses.
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Le microprocesseur
Un microprocesseur est chargé :
d’interpréter et d’exécuter les instructions d’un programme,
de lire ou de sauvegarder les résultats dans la mémoire,
de communiquer avec les unités d’échange.
Toutes les activités du microprocesseur sont cadencées par une horloge.
Un microprocesseur est caractérisé par :
sa fréquence d’horloge en MHz ou GHz.
le nombre d’instructions par secondes
qu’il est capable d’exécuter en MIPS.
la taille des données qu’il est capable de
traiter en bits.
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Un microprocesseur exécute un programme. Le programme est une suite d’instructions stockées
dans la mémoire.
Format d’une instruction
Rangement en mémoire
Pour exécuter
les
instructions dans l’ordre établi par
le
programme, le microprocesseur doit savoir à chaque instant
l’adresse de
la prochaine
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instruction
à
exécuter. Le
microprocesseur utilise un registre contenant cette information.
Ce registre est appelé pointeur d’instruction (IP : Instruction
Pointer) ou compteur d’instructions ou compteur ordinal.
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Exemple
Pour savoir quel type d’opération doit être exécuté (addition, soustraction, ...), le microprocesseur
lit le premier octet de l’instruction pointée par le pointeur d’instruction (code opératoire) et le range
dans un registre appelé registre d’instruction. Le code opératoire est décodé par des circuits de
décodage contenus dans le microprocesseur. Des signaux de commande pour l’UAL sont produits
en fonction de l’opération demandée qui est alors exécutée.
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Remarque : pour exécuter une instruction,
l’UAL utilise des registres de travail, exemple
l’accumulateur, registre temporaire recevant des données intermédiaires.
Pendant que l’instruction est décodée, le pointeur d’instruction est incrémenté de façon à pointer
vers l’instruction suivante :
puis le processus de lecture et de décodage des instructions recommence. A la suite de chaque
instruction, un registre du microprocesseur est actualisé en fonction du dernier résultat : registre
d’état du microprocesseur. Chacun des bits du registre d’état est un indicateur d’état ou flag (drapeau).
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