Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

INTRODUCTION GENERALE A MISE EN SITUATION Un système numérique, intégrant de l’

INTRODUCTION GENERALE A MISE EN SITUATION Un système numérique, intégrant de l’électronique, fait souvent apparaître des fonctions ayant pour rôle le traitement d’informations : opérations arithmétiques (addition, multiplication...) ou logiques (ET, OU...) entre plusieurs signaux d’entrée permettant de générer des signaux de sortie. Ces fonctions peuvent être réalisées par des circuits intégrés analogiques ou logiques. Mais, lorsque le système devient complexe, et qu’il est alors nécessaire de réaliser un ensemble important de traitements d’informations, il devient plus simple de faire appel à une structure à base de microcontrôleur ou microprocesseur. Le développement de ces composants programmables a été rendu possible grâce l’essor considérable qu’a connu la microélectronique et notamment les techniques d’intégration. Cette évolution a permis en 1971, la fabrication du premier microprocesseur par la société INTEL. Ce microprocesseur, le « 4004 », comportait déjà 2300 transistors et fonctionnait avec un bus de données de 4 bits. Depuis, l’intégration des transistors dans les microprocesseurs n’a cessé d’évoluer, parallèlement à la puissance de calcul et la rapidité d’exécution. Aujourd’hui, un microprocesseur Pentium IV comporte à peu près 24 millions de transistors et peut traiter des données de 8, 16, 32, 64 bits en même temps. La puissance des microprocesseurs de nos jours, a orienté leurs utilisations vers le traitement des informations de masse (Gestion d’une base de données, Gestion des périphériques bloc, …), le calcul scientifique ainsi que tout ce qui est interface homme machine réactif (clavier, souris, écran, …). Comme nous pouvons le constater, le domaine d’application des microprocesseurs reste vaste. C’est pourquoi ils sont classés dans la catégorie des composants programmables généralistes, cela signifie qu'ils peuvent tout faire, mais ils ne sont optimisés pour rien. La majorité des microprocesseurs ont une architecture CISC (Complex, Instruction, Set Computer), ce qui signifie "ordinateur avec jeu d'instructions complexes". C’est le cas des processeurs de type x86, c'est-à-dire les processeurs fabriqués par Intel, AMD, Cyrix. Les processeurs basés sur l'architecture CISC peuvent traiter des instructions complexes, qui sont directement câblées sur leurs circuits électroniques, c'est-à-dire que certaines instructions difficiles à créer à partir des instructions de base sont directement imprimées sur le silicium de la puce afin de gagner en rapidité d'exécution. L'inconvénient de ce type d'architecture provient justement du fait que des fonctions supplémentaires sont imprimées sur le silicium, d'où un coût élevé. D'autre part, les instructions sont de longueurs variables et peuvent parfois prendre plus d'un cycle d'horloge ce qui les rend lentes à l'exécution. Néanmoins, avec la considérable augmentation de la taille des puces électroniques et la gigantesque accélération des fréquences d'horloge, la puissance de calcul d’un microprocesseur CISC d’aujourd’hui est considérable. Son caractère généraliste lui permet d’être par excellence le composant de base de l’informatique. Mais en instrumentation et automatisme on lui préférera généralement des composants plus spécialisés ne nécessitant pas, ni un calcul complexe ni un traitement d’informations de 1 masse. C’est pourquoi dans les applications industrielles, que ce soit d’automatisme ou d’instrumentation, le microcontrôleur est le composant programmable le plus utilisé. Il comporte sur sa puce un certain nombre d'interfaces qui n'existent pas sur un microprocesseur, par contre il est généralement moins puissant en termes de rapidité ou de taille de mémoire adressable et le plus souvent cantonné aux données de 8 ou 16 bits. Les microcontrôleurs utilisent la technologie RISC (Reduced Instruction Set Computer), dont la traduction est "ordinateur à jeu d'instructions réduit" et n'a pas de fonctions supplémentaires câblées. Ce qui qui implique une programmation plus difficile et un compilateur plus puissant. Les instructions d’un microcontrôleur sont tellement peu nombreuses (en moyenne une soixantaine) qu'il est possible de les graver directement sur le silicium sans alourdir de manière dramatique leur fabrication. L'avantage d'une telle architecture est bien évidemment le coût réduit au niveau de la fabrication des processeurs l'utilisant. De plus, les instructions, étant simples, elles sont exécutées en un cycle d'horloge, ce qui rend l'exécution des programmes plus rapides qu'avec des processeurs basés sur une architecture CISC. En plus, de tels processeurs sont capables de traiter plusieurs instructions simultanément. Les microcontrôleurs ont permis de faire évoluer les systèmes micro programmés vers encore plus de simplicité et de rapidité. Ils sont aujourd’hui utilisés dans la plupart des réalisations industrielles grand public ou professionnelles, ils gèrent au plus juste et au plus vite les applications. Leur évolution a permis l'intégration de circuits complexes variés. Ces circuits ont été intégrés sur une même puce, donnant ainsi beaucoup de flexibilité et de puissance de commande au microcontrôleur. Cette polyvalence lui permet d'occuper une place importante que ce soit en instrumentation, en commande ou en automatisme industriel. Le meilleur exemple est bien évidemment les automates programmables qui sont tous équipés de microcontrôleurs B HISTORIQUE DES MICROPROCESSEURS Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé en 1971. C’était un processeur ayant un bus de données de 4 bits. Sa fréquence de travail était de 108 Khz et il comportait 2300 transistors. Avec l’évolution de la technologie et l’arrivée des circuits submicroniques (tracés inférieurs au micron), les performances des circuits électroniques ont décuplé tant par leur vitesse de traitement que par leur niveau d’intégration. Le tableau ci-dessous donne un aperçu de cette évolution (source INTEL). 2 C ARCHITECTURE FONCTIONNELLE D’UN ORDINATEUR La figure 1 illustre la structure générale d'un ordinateur. Tous les périphériques représentés ne sont pas nécessaires au fonctionnement de l'ordinateur, et on peut, bien entendu, brancher d'autres périphériques tels que modems, scanners, traceurs, lecteurs de bandes magnétiques etc…Les logiciels (suite d'instructions exécutables par le processeur) ne sont pas représentés sur le schéma, mais il faut bien se rendre compte qu'un ordinateur sans logiciels est complètement inutile. Les notions de matériel (Hardware) et de logiciel (software) sont indissociables, l'un ne peut fonctionner sans l'autre. Figure 1 : structure générale d'un ordinateur D ARCHITECTURE D’UN SYSTEME A µP 3 Figure 2 : configuration minimale d’un système à base de µP L’architecture matérielle minimum d’un système à microprocesseur est représentée sur la figure 2 précédente. Celle-ci comporte : - le microprocesseur ; - un circuit d’initialisation ; - un générateur d’horloge ; - une mémoire à lecture seule (ROM) ; - une mémoire à lecture/écriture (RAM) ; - un dispositif de décodage d’adresses ; - des interfaces de périphériques ; - des bus de communication. CHAPITRE I : INTRODUCTION GENERALE A L’ARCHITECTURE DES ORDINATEURS I CLASSIFICATION DES PROCESSEURS 1 Les types de processeurs Il existe deux types de processeurs :  Les processeurs de calcul général, structure CISC ;  Les processeurs spécialisés, structure RISC. Principales propriétés des machines CISC : Complex Instructions Set Computer  L’accès mémoire est disponible pour la majorité des instructions ;  Les formats des instructions sont différents en longueur ;  Les instructions réalisent les opérations aussi bien élémentaires que complexes. Principales propriétés des machines RISC : Reduced Instructions Set Computer 4  Les adresses mémoire sont restreintes à LOAD/STORE et la manipulation des données sont des instructions de registre à registre ;  Les modes d’adressage sont limités en nombre ;  Les instructions ont toutes la même longueur (même format) ;  Les instructions réalisent des opérations élémentaires ;  Un grand nombre de registres, tous équivalents ASSP : Application Specific Standard Product FPGA : Field Programmable Gate Array ASIC : Application Specific Integrated Controller. 5 Figure 3 : classification des processeurs C’est un microcontrôleur embarqué, spécifique, et optimisé en puissance, en mémoire et en nombre d’entrées/sorties pour une application donnée. Il est produit, comme tous les autres microcontrôleurs en grande série de plus de 10000 exemplaires. Son coût est essentiellement dû à la recherche et développement. Beaucoup de temps a été consacré à la recherche, à la conception et à la réalisation. La production en grande série des ces processeurs permet d’amortir le temps consacré. Leur architecture s’apparente à celle-ci. La partie principale d’un micro-ordinateur est la « carte mère » sur laquelle sont montés le microprocesseur, les contrôleurs de périphériques et les lignes qui les connectent entre eux sous forme de circuit imprimé. Avec les progrès de la miniaturisation, et la généralisation de l’utilisation des ordinateurs, les besoins les plus courants se sont standardisés et on a pu disposer toute une carte mère au sein d’une seule et même puce, appelée microcontrôleur. L’usage de microcontrôleurs est actuellement en plein développement dans toute l’informatique industrielle, et à tous les degrés de complexité (de 8 pattes à près de 200 pattes). Les microcontrôleurs intègrent des circuits tels que : les convertisseurs analogiques numériques (CAN) et les convertisseurs numériques analogiques (CNA). Les microcontrôleurs sont répandus dans l’électronique embarquée : l’automobile, l’avionique, la téléphonie mobile (DSP : Digital, Signal Processor : processeur de traitement du signal). La structure de ce processeur particulier est la suivante : Figure 5 : architecture matérielle d’un processeur de traitement du signal 6 Figure 4 : architecture générale d’un microcontrôleur 2 Définitions L’informatique : est la science de traitement des informations par des moyens automatiques ; L’information : elle apparaît comme le moyen de la communication, tout ce qui peut se représenter, s’écrire et peut être communiqué entre les hommes, entre uploads/Industriel/ architecture-des-ordinateurs 3 .pdf