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INFORMATIQUE 1 Enseignants: HAMID Rabeh DJOUABRI Abderrezak Architecture des ordinateurs 2
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Analyse et Conception Orientée Objet - djouabri.com des... · 47 Schéma fonctionnel Le microprocesseur. ... La première étape de la conception d’un microprocesseur est la définition

Sep 10, 2018

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INFORMATIQUE 1Enseignants:

HAMID Rabeh

DJOUABRI Abderrezak

Architecture des ordinateurs 2

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Modèle de von Neumann2

Architecture de base

Pour traiter une information, un microprocesseur seul ne suffit pas, il faut l’insérer au sein d’un système minimum de traitement programmé de l’information. 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.

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Modèle de von Neumann3

Architecture de base

Elle est composée des éléments suivants :

1. une unité centrale

2. une mémoire principale

3. des interfaces d’entrées/sorties

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Modèle de von Neumann4

Architecture de base

Les différents organes du système sont reliés

par des voies de communication appelées

bus.

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Les interfaces d’entrées/sorties 5

Elles permettent d’assurer la communication entre le microprocesseur et les périphériques. ( capteur, clavier, moniteur ou afficheur, imprimante, modem, etc…).

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Les bus 6

Un bus est un ensemble de fils qui assure la transmission du même type d’information. On retrouve trois types de bus véhiculant des informations en parallèle dans un système de traitement programmé de l’information :

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Les bus 7

1 bus de données

2 bus d'adresses

3 bus de commande

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Les bus 8

1 bus de données

bus d'adresses

bus de commande

bidirectionnel qui assure le transfert des informations entre le microprocesseur et son environnement, et inversement. Son nombre de lignes est égal à la capacité de traitement du microprocesseur.

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Les bus 9

bus de données

2 bus d'adresses

bus de commande

unidirectionnel qui permet la sélection des informations à traiter dans un espace mémoire (ou espace adressable) qui peut avoir 2n

emplacements, avec n = nombre de conducteurs du bus d'adresses.

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Les bus 10

bus de données

bus d'adresses

3 bus de commande

constitué par quelques conducteurs qui assurent la synchronisation des flux d'informations sur les bus des données et des adresses.

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Les mémoires11

Une mémoire est un circuit à semi-conducteur

permettant d’enregistrer, de conserver et de restituer

des informations (instructions et variables).

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Organisation d’une mémoire12

Les mémoires

Une mémoire peut être représentée comme une

armoire de rangement constituée de différents tiroirs.

Chaque tiroir peut contenir un seul élément : des

données. Le nombre de cases mémoires pouvant être

très élevé, il est alors nécessaire de pouvoir les

identifier par un numéro. Ce numéro est appelé

adresse. Chaque donnée devient alors accessible grâce

à son adresse Avec une adresse de n bits il est possible

de référencer au plus 2n cases mémoire.

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Caractéristiques d’une mémoire13

Les mémoires

La capacité /

Le temps d’accès /

Le temps de cycle /

Le débit /

Volatilité /

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Caractéristiques d’une mémoire14

Les mémoires

La capacité, représentant le volume global

d'informations (en bits) que la mémoire peut stocker ;

Le temps d'accès, correspondant à l'intervalle de temps

entre la demande de lecture/écriture et la disponibilité

de la donnée ;

Le temps de cycle, représentant l'intervalle de temps

minimum entre deux accès successifs ;

Le débit, définissant le volume d'information échangé

par unité de temps, exprimé en bits par seconde ;

La non volatilité caractérisant l'aptitude d'une mémoire

à conserver les données lorsqu'elle n'est plus alimentée

électriquement.

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Différents types de mémoire15

Les mémoires

1 2Les mémoires vives (RAM)

Les mémoires mortes (ROM)

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Différents types de mémoire16

Les mémoires

1Les mémoires vives (RAM)

Une mémoire vive sert au stockage temporaire de

données. Elle doit avoir un temps de cycle très court

pour ne pas ralentir le microprocesseur. Les mémoires

vives sont en général volatiles : elles perdent leurs

informations en cas de coupure d'alimentation.

RAM (Random Acces Memory : mémoire à accès aléatoire)

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Différents types de mémoire17

Les mémoires

1Les mémoires vives (RAM)

Les RAM

statiques

Les RAM

dynamiques

Il existe deux grandes familles de mémoires RAM

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Différents types de mémoire18

Les mémoires

1Les mémoires vives (RAM)

Les RAM

statiques utilisent le principe des bascules électroniques, elle

est très rapide et ne nécessite pas de

rafraîchissement, par contre, elle est chère,

volumineuse et, grosse consommatrice d'électricité.

Elle est utilisée pour les caches mémoire, exemple

les tampons mémoire L1, L2 et L3 des

microprocesseurs.

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Différents types de mémoire19

Les mémoires

1Les mémoires vives (RAM)

Les RAM

dynamiques

Dans les RAM dynamiques (DRAM),

l'information est mémorisée sous la forme

d'une charge électrique stockée dans un

condensateur

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Différents types de mémoire20

Les mémoires

1Les mémoires vives (RAM)

Les RAM

dynamiques

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM). Pour

les machines de la génération Pentium II,

Pentium III. On distingue la SDRAM 66, 100

et 133 (fréquence d'accès en MHz). Elle

comporte normalement 168 broches.

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Différents types de mémoire21

Les mémoires

1Les mémoires vives (RAM)

Les RAM

dynamiques

DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous

Dynamic RAM). Elle est aussi plus chère. On

distingue les DDR PC1600, PC2100, PC2700,

PC3200, etc. Le numéro représente la quantité

théorique maximale de transfert d'information en

Mégaoctets par seconde. Elle est utilisée pour les

machines de génération Pentium III et Pentium 4.

Elle comporte normalement 184 broches.

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Différents types de mémoire22

Les mémoires

1Les mémoires vives (RAM)

Les RAM

dynamiques

DDR2 SDRAM (Double Data Rate two SDRAM).

On distingue les DDR2-400, DDR2-533, DDR2-667,

DDR2-800 et DDR2-1066. Le numéro (400, 533, …)

représente la fréquence de fonctionnement.

Elle comporte normalement 240 broches

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Différents types de mémoire23

Les mémoires

1Les mémoires vives (RAM)

Les RAM

dynamiques

DDR3 SDRAM (Double Data Rate three

SDRAM). Il s'agit de la 3e génération de la

technologie DDR. La DDR3 fournit un débit

deux fois plus important que la DDR2, et

permet d'atteindre un débit de 6400 MB/s,

et jusqu'à 10664 MB/S pour de la DDR3-

13332.

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Différents types de mémoire24

Les mémoires

1Les mémoires vives (RAM)

Les RAM

dynamiques

Dane-Elec

Infineon

Transcend

Fabricants de mémoire

A-DATA

OCZ Technologies

Corsair

Crucial

G. Skill

Kingston

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Différents types de mémoire25

Les mémoires

2Les mémoires vives (RAM)

Les mémoires mortes (ROM)

ROM: Read-Only Memory

est une mémoire non volatile, c’est-à-dire une mémoire qui ne s’efface

pas lorsque l’appareil qui la contient n’est plus alimenté en électricité.

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Différents types de mémoire26

Les mémoires

2Les mémoires mortes (ROM)

Les mémoires mortes sont utilisées, entre autres, pour

stocker les informations nécessaires au démarrage d’un

ordinateur (BIOS, instructions de démarrage, microcode) ;

puisque les mémoires mortes ne peuvent pas être

modifiées, il n’y a pas de risque d’effacement accidentel

par l’utilisateur.

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Différents types de mémoire27

Les mémoires

2Les mémoires mortes (ROM)

Les mémoires mortes sont classées selon la

possibilité de les programmer et de les effacer :

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Différents types de mémoire28

Les mémoires

2Les mémoires mortes (ROM)

Les ROM (Read Only Memory) dont le

contenu est défini lors de la fabrication.

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Différents types de mémoire29

Les mémoires

2Les mémoires mortes (ROM)

Les PROM (Programmable Read Only

Memory) sont programmables par l’utilisateur, mais une seule fois en raison du

moyen de stockage, les données sont

stockées par des fusibles.

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Différents types de mémoire30

Les mémoires

2Les mémoires mortes (ROM)

Les EPROM (Erasable Programmable Read

Only Memory) sont effaçables et programmables par l’utilisateur. Comme

l’effaçage se fait en plaçant la mémoire

dans une machine spéciale,

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Différents types de mémoire31

Les mémoires

2Les mémoires mortes (ROM)

Les EEPROM (Electrically Erasable

Programmable Read Only Memory) sont effaçables et programmables par

l’utilisateur. Elles sont plus faciles à effacer

que les EPROM car elles sont effaçables électriquement donc sans manipulations

physiques.

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Différents types de mémoire32

Les mémoires

2Les mémoires mortes (ROM)

Les UVPROM (Ultra Violet Programmable Read Only

Memory) sont des mémoires programmables par

l'utilisateur. Elles sont effaçables en les mettant dans

une chambre à ultraviolet. Les UV Prom n'ont plus de

raison d'être aujourd'hui car de nouvelles mémoires

(par exemple, mémoire Flash) bien plus pratiques les

remplacent. Toutefois il est encore possible d'en

rencontrer dans certains anciens appareils.

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Notion de hiérarchie mémoire33

Les mémoires

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Notion de hiérarchie mémoire34

Les mémoires

Les registres sont les

éléments de mémoire les

plus rapides. Ils sont situés

au niveau du processeur et

servent au stockage des

opérandes et des résultats

intermédiaires.

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Notion de hiérarchie mémoire35

Les mémoires

La mémoire cache est une mémoire rapide

de faible capacité

destinée à accélérer

l’accès à la mémoire

centrale en stockant

les données les plus

utilisées.

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Notion de hiérarchie mémoire36

Les mémoires

La mémoire principale

est l’organe principal de

rangement des

informations. Elle contient

les programmes

(instructions et données)

et est plus lente que les

deux mémoires

précédentes.

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Notion de hiérarchie mémoire37

Les mémoires

La mémoire d’appui sert

de mémoire

intermédiaire entre la

mémoire centrale et les

mémoires de masse. Elle

joue le même rôle que la

mémoire cache.

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Notion de hiérarchie mémoire38

Les mémoires

La mémoire de masse est

une mémoire périphérique

de grande capacité utilisée

pour le stockage permanent

ou la sauvegarde des

informations. Elle utilise pour

cela des supports

magnétiques (disque dur,

ZIP) ou optiques (CDROM,

DVDROM).

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Le microprocesseur39

Le microprocesseur

Un microprocesseur est construit autour de deux éléments

principaux :

Une unité de commande

Une unité de traitement

associés à des registres chargées de stocker les différentes

informations à traiter. Ces trois éléments sont reliés entre eux

par des bus interne permettant les échanges d’informations.

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Le microprocesseur40

Le microprocesseur

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Le microprocesseur41

Le microprocesseur

Remarques :

Il existe deux types de registres :

1. les registres d'usage général permettent à l'unité de

traitement de manipuler des données à vitesse élevée. Ils

sont connectés au bus données interne au

microprocesseur.

2. les registres d'adresses (pointeurs) connectés sur le bus

adresses.

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L’unité de commande42

Le microprocesseur

Elle permet de séquencer le déroulement des instructions.

Elle effectue la recherche en mémoire de l'instruction.

le compteur de programme Il contient toujours l’adresse de

l’instruction à exécuter.

le registre d'instruction et le décodeur d'instruction :

chacune des instructions à exécuter est rangée dans le

registre instruction puis est décodée par le décodeur

d’instruction.

Bloc logique de commande (ou séquenceur) : Il organise

l'exécution des instructions au rythme d’une horloge.

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L’unité de traitement43

Le microprocesseur

C’est le cœur du microprocesseur. Elle regroupe

les circuits qui assurent les traitements nécessaires

à l'exécution des instructions :

L’Unité Arithmétique

et Logique (UAL)

Le registre d'état

Les accumulateurs

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L’unité de traitement44

Le microprocesseur

L’Unité Arithmétique

et Logique (UAL)

est un circuit complexe qui assure les

fonctions logiques (ET, OU, Comparaison,

Décalage , etc…) ou arithmétique

(Addition, soustraction).

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L’unité de traitement45

Le microprocesseur

Le registre

d'état

Le registre d'état est généralement composé

de 8 bits à considérer individuellement.

Chacun de ces bits est un indicateur dont

l'état dépend du résultat de la dernière

opération effectuée par l’UAL. On les appelle

indicateur d’état ou flag ou drapeaux.

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L’unité de traitement46

Le microprocesseur

Les

accumulateurs

Les accumulateurs sont des registres de

travail qui servent à stocker une opérande

au début d'une opération arithmétique et

le résultat à la fin de l'opération

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Schéma fonctionnel47

Le microprocesseur

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Cycle d’exécution d’une instruction48

Le microprocesseur

Phase 1: Recherche de l'instruction à traiter

Phase 2 : Décodage de l’instruction et recherche de l'opérande

Phase 3 : Exécution de l'instruction

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Jeu d’instructions49

Le microprocesseur

La première étape de la conception d’un

microprocesseur est la définition de son jeu

d’instructions. Le jeu d’instructions décrit l’ensemble

des opérations élémentaires que le microprocesseur

pourra exécuter.

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Type d’instructions50

Le microprocesseur

Les instructions que l’on retrouve dans chaque

microprocesseur peuvent être classées en 4

groupes :

Transfert de données pour charger ou sauver en

mémoire, effectuer des transferts de registre à

registre, etc…

Opérations arithmétiques : addition, soustraction,

division, multiplication

Opérations logiques : ET, OU, NON, NAND,

comparaison, test, etc…

Contrôle de séquence : branchement, test, etc…

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Codage51

Le microprocesseur

Les instructions et leurs opérandes (paramètres) sont stockés

en mémoire principale. Une instruction est composée de deux

champs :

•le code instruction, qui indique au processeur quelle instruction

réaliser

•le champ opérande qui contient la donnée, ou la référence à

une donnée en mémoire (son adresse).

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Mode d’adressage52

Le microprocesseur

Un mode d'adressage définit la manière dont le microprocesseur

va accéder à l’opérande. Les différents modes d'adressage

dépendent des microprocesseurs mais on retrouve en général :

l'adressage de registre où l’on traite la données contenue dans

un registre

l'adressage immédiat où l’on définit immédiatement la valeur de

la donnée

l'adressage direct où l’on traite une données en mémoire

Selon le mode d’adressage de la donnée, une instruction sera

codée par 1 ou plusieurs octets.

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Temps d’exécution 53

Le microprocesseur

Chaque instruction nécessite un certain

nombre de cycles d’horloges pour s’effectuer.

Le nombre de cycles dépend de la complexité

de l’instruction et aussi du mode d’adressage. Il

est plus long d’accéder à la mémoire

principale qu’à un registre du processeur. La

durée d’un cycle dépend de la fréquence

d’horloge du séquenceur.