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SUPPORT DE FORMATION :Processeurs Par : Ghaouti Mohamed Page 1 napster_simon@ho

SUPPORT DE FORMATION :Processeurs Par : Ghaouti Mohamed Page 1 napster_simon@hotmail. SUPPORT DE FORMATION : Processeurs auteur centre formation module séq/item type doc millésime page 2 M. ASTRE Beaumont sup. form. 03/09 - v2.0 6 - PROCESSEUR.doc a f p a© TABLE DES MATIERES PROCESSEUR ........................................................................................................................ 3 ARCHITECTURE INTERNE DU PROCESSEUR ................................................................ 5 ARCHITECTURE DES PROCESSEURS POUR MICRO-ORDINATEURS ..................... 9 JEU D'INSTRUCTION DU PROCESSEUR ......................................................................... 12 ARCHITECTURES EVOLUEES ............................................................................................ 14 TECHNOLOGIE DES MICROPROCESSEURS .................................................................. 19 ANNEXES Modes de fonctionnement des processeurs Intel ................................................................. 21 Exemple de jeu d'instructions ............................................................................................. 22 EXERCICES ............................................................................................................................ 23 SUPPORT DE FORMATION : Processeurs auteur centre formation module séq/item type doc millésime page 3 M. ASTRE Beaumont sup. form. 03/09 - v2.0 6 - PROCESSEUR.doc a f p a© PROCESSEUR PROCESSEUR Un processeur est un ensemble matériel destiné, dans un ordinateur ou une autre machine, à interpréter et exécuter des traitements. Cet organe peut être généraliste et constituer le processeur central d'un ordinateur (par exemple, le Pentium) ou spécialisé dans des tâches particulières ; par exemple, un processeur DSP (Digital Signal Processor) est spécialisé dans le traitement des signaux numériques. Le processeur central peut être vu comme le cerveau (c'est la partie la plus "intelligente") ou comme le coeur (qui pompe des instructions et expulse des données, et non du sang) de l'ordinateur ; il est aussi appelé : UCT (Unité Centrale de Traitement) ou CPU (Central Processing Unit) dans un gros système, microprocesseur dans un micro-ordinateur (processeur tenant tout entier sur une seule puce de silicium et contenant plusieurs millions de composants électroniques). Le processeur central remplit les fonctions suivantes : Décodage et exécution des instructions contenues dans les programmes, en passant par un stockage intermédiaire dans des registres. Lecture/écriture des données en mémoire. Commande des autres éléments de l'ordinateur, contrôle des opérations d'entrée/sortie (clavier, souris,...), et gestion des unités de stockage et des périphériques. HORLOGE Les ordinateurs sont des machines synchrones, ils sont cadencés par une horloge (c'est-à-dire qu'une instruction élémentaire du processeur nécessite un nombre entier de cycles d'horloge). L'horloge (ou générateur de signal d'horloge) est une puce de la carte mère basée sur un oscillateur qui utilise un cristal de quartz. Le rythme du quartz est divisé pour obtenir le rythme de l'ordinateur. Tel les battements d'un coeur, l'horloge rythme donc la vie de l'ordinateur en génèrant la cadence qui sert de cycle de base pour le fonctionnement de l'ordinateur (processeur et autres circuits tels que le Timer). La fréquence d'horloge est mesurée en Méga-Hertz (MHz), le Hertz étant l'unité qui correspond à la fréquence d'un phénomène dont la période est une seconde. La vitesse d'horloge (en MHz) donne la durée de chaque cycle machine, c'est-à-dire l'intervalle de temps au cours duquel le processeur transfère l'adresse d'un mot sur le bus adresses et recherche en mémoire la donnée demandée qu'il charge sur le bus données. La vitesse d'horloge a tendance à augmenter avec les générations de processeurs. Par exemples, pour les microprocesseurs Intel, ... SUPPORT DE FORMATION : Processeurs auteur centre formation module séq/item type doc millésime page 4 M. ASTRE Beaumont sup. form. 03/09 - v2.0 6 - PROCESSEUR.doc a f p a© processeurs fréquences anciens 8088 4.77, 8, 10 8086 8, 10 80286 6, 8, 10, 12, 16, 20 386SX 16, 20, 25 386DX 16, 20, 25, 33 486SX 25, 33 486DX 25, 33, 50, 66, 75, 100 actuels Pentium (60, 66, 75, 90, 100, 120), 133, 150, 166, 200 Pentium Pro 150, 180, 200 MMX (Pentium) 166, 200 Klamath (Pentium Pro) 233, 266 Le Timer (ou horloge programmable) est un circuit de la carte mère utilisant l'horloge afin de générer des signaux tous les x cycles d'horloge (il est dit "programmable" car cette fréquence peut être modifiée). Ce circuit permet au processeur de maintenir l'heure et la date système lorsque le système est sous tension (une batterie permet la maintenance hors tension). Le timer est exploité pour produire des signaux horaires réguliers à de nombreuses fins, y compris pour générer des sons sur le haut parleur. STRUCTURE EXTERNE D'UN MICROPROCESSEUR Vu de l'extérieur, un microprocesseur se présente sous la forme d'un boîtier comprenant un certains nombre de broches. Les broches permettent au processeur de communiquer avec les composants de la carte mère. Chaque broche est généralement dédiée à une tâche unique, par exemple ... • alimentation, • bus de données et d'adresses, • gestion du bus (demande/autorisation d'accès au bus par un circuit extérieur, signal de lecture/écriture d'une donnée mémoire ou d'entrée/sortie,...), • contrôle du processeur (horloge, initialisation, interruption,...). Le nombre de broches (et donc les possibilités de communications) ont tendance à augmenter avec les générations de processeurs. Par exemples, pour les microprocesseurs Intel, ... processeurs nombre de broches anciens 8088/8086 40 80286 68 386SX 100 386DX 132 actuels 486 168 Pentium Pentium Pro 273 390 Les boîtiers processeurs peuvent être soudés sur la carte mère, ou inséré sur un support. Pour un processeur inséré sur un support, il peut être extractible à l'aide d'un outil spécial évitant de tordre ou de casser les pattes (par exemple, PGA), ou doté d'un levier permettant une extraction aisée sans outils spéciaux (support ZIF : Zero Insertion Force). SUPPORT DE FORMATION : Processeurs auteur centre formation module séq/item type doc millésime page 5 M. ASTRE Beaumont sup. form. 03/09 - v2.0 6 - PROCESSEUR.doc a f p a© ARCHITECTURE INTERNE DU PROCESSEUR ARCHITECTURE INTERNE D'UN PROCESSEUR Un processeur est constitué au minimum : d'une unité de commande qui coordonne le fonctionnement, d'une unité arithmétique et logique qui effectue les traitements, des registres qui permettent un stockage local. BUS (EXTERNE) DE L'UNITE CENTRALE PROCESSEUR UNITE DE COMMANDE UNITE ARITHMETIQUE BUS INTERNE INTERFACE AUX BUS ET LOGIQUE REGISTRES REGISTRES Un registre est une petite mémoire spécialisée (interne au processeur) offrant la possibilité de garder en mémoire dans le processeur lui-même un certain nombre d'informations, afin d'effectuer des traitements complexes sans avoir à attendre un transfert d'octets depuis la mémoire centrale. Les transferts de données entre les registres passent par le bus de données interne au processeur, ce qui les rend très rapides par rapport aux accès à la mémoire centrale qui transitent par le bus externe. Le nombre (quelques dizaines) et la taille des registres est une des caractéristiques du processeur. Lorsqu’on dit qu'un microprocesseur a une architecture 8, 16, 32 bits ou 64 bits, on fait généralement référence à la taille de ses registres et de son bus interne de données. La taille des registres détermine la complexité, la quantité et le débit des informations que le processeur est capable de prendre en compte en une seule opération. processeur taille des registres (en bits) 8088 16 8086 16 80286 16 80386 32 486 32 Pentium 32 et 64 SUPPORT DE FORMATION : Processeurs auteur centre formation module séq/item type doc millésime page 6 M. ASTRE Beaumont sup. form. 03/09 - v2.0 6 - PROCESSEUR.doc a f p a© UNITE DE COMMANDE (UC) ET UNITE ARITHMETIQUE ET LOGIQUE (UAL) PROCESSEUR MEMOIRE UNITE DE COMMANDE UAL programme code données instruction donnée compteur ordinal registre instruction décodeur séquenceur Unité de commande (UC ou unité de contrôle) L'UC est un organe chargé de coordonner le fonctionnement des mémoires, de l'UAL et des organes d'accès pour assurer l'exécution des instructions successives d'un programme. Elle comporte : • Un registre appelé compteur ordinal qui tient à jour les adresses mémoire des instructions successives à exécuter ; il est commandé par les impulsions d'horloge. • Un registre d'instruction qui mémorise l'instruction en cours d'exécution. • Un décodeur d'instruction qui reconnait l'instruction contenue dans le registre instruction (il indique au séquenceur la séquence de micro-commandes à réaliser pour exécuter l'instruction). • Un séquenceur qui fournit la suite de micro-commandes (chargement, décalage,...) nécessaires au déroulement de l'instruction. Les micro-commandes sont délivrées suivant le rythme de l'horloge interne. Unité Aritmétique et logique (UAL) aussi appelée unité de calcul, UT (Unité de Traitement) ou ALU (Arithmetic and Logical Unit). L'UAL est un organe dans lequel est effectivement réalisé le traitement des données : • Opérations arithmétiques : addition, soustraction, décalage droite/gauche, incrémentation, décrémentation. • Opérations logiques : ET booléen, OU booléen, complémentation, OU exclusif. • Positionnement d'indicateurs du registre d'état. L'UAL ne traite que les nombres entiers, les nombres réels sont traités par plusieurs instructions manipulant des entiers. L'UAL reçoit les informations à traiter dans des registres d'entrée et renvoie les résultats à partir d'un registre de sortie. L'accumulateur est un registre qui contient à la fois le premier opérande et reçoit le résultat. Les échanges d'informations entre registres d'entrée/sortie et le reste de l'ordinateur sont déclenchés par l'Unité de Commande. SUPPORT DE FORMATION : Processeurs auteur centre formation module séq/item type doc millésime page 7 M. ASTRE Beaumont sup. form. 03/09 - v2.0 6 - PROCESSEUR.doc a f p a© PRINCIPE SIMPLIFIE D'EXECUTION D'UNE INSTRUCTION PROCESSEUR MEMOIRE UNITE DE COMMANDE UAL programme code données instruction donnée décodage exécution 1 2 EXECUTION D'UNE INSTRUCTION PORTANT SUR UN OPERANDE MEMOIRE Une instruction processeur est en général composée de deux parties : le code opération qui uploads/Litterature/ 6-processeur.pdf