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01/02/2013 1 Architecture et programmation des ordinateurs : 6- Microprocesseur

01/02/2013 1 Architecture et programmation des ordinateurs : 6- Microprocesseurs & Jeu d’instruction A.U 2012/2013 192 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (1) 1- Description d’un microprocesseur Un microprocesseur se présente sous la forme d’un circuit intégré muni d’un nombre généralement important de broches. Exemples : • Intel 8085, 8086 : 40 broches, DIP (Dual In-line Package) ; • Motorola 68000 : 64 broches, DIP ; • Intel 80386 : 196 broches, PGA (Pin Grid Array). Technologies de fabrication : NMOS, PMOS, CMOS. A.U 2012/2013 193 Ramzi Mahmoudi 01/02/2013 2 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (2) 2- Organisation fonctionnelle externe d’un microprocesseur A.U 2012/2013 194 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (3) 3- Organisation fonctionnelle interne d’un microprocesseur Remarque : Unité de contrôle a en charge les différentes phases de l’exécution d’une instruction LI DI LO EX RR LI : Lecture de l’Instruction codée DI : Décodage de l’Instruction LO : Lecture de des Opérandes EX : Exécution RR : Rangement du résultat A.U 2012/2013 195 Ramzi Mahmoudi 01/02/2013 3 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (4) 3- Organisation fonctionnelle interne d’un microprocesseur Remarques : L’unité de traitement = éléments de mémorisation (registres internes) + UAL Il s'agit d’une machine séquentielle Unité de contrôle Unité de traitement Signaux de contrôles Signaux d’état Entrées de contrôles Signaux de contrôles Données en entrée Résultats A.U 2012/2013 196 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (5) 3- Organisation fonctionnelle interne d’un microprocesseur Remarques : Banc de registres :: opérandes ; PC :: adresse instruction ; U A L Banc de registres Séquenceur Décodeur d’instruction PC RI MAR MDR Unité de traitement Unité de contrôle Registre d’état Mémoire principale Horloge MAR -> RI :: adresse opérande MDR -> MP :: Résultats A.U 2012/2013 197 Ramzi Mahmoudi 01/02/2013 4 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (6) 3- Organisation fonctionnelle interne d’un microprocesseur A.U 2012/2013 198 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (9) 4- Fonctionnement d’un microprocesseur - BASIC Opération à effectuer Opérande 1 Un microprocesseur exécute un programme. Le programme est une suite d’instructions stockées dans la mémoire. Une instruction peut être codée sur un ou plusieurs octets. Format d’une instruction : Opérande 2 , ADDITIONNER Case mémoire 1 Case mémoire 2 , A.U 2012/2013 199 Ramzi Mahmoudi 01/02/2013 5 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions– (10) 5- Fonctionnement d’un microprocesseur A.U 2012/2013 200 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (11) 5- Fonctionnement d’un microprocesseur Pour exécuter les instructions dans l’ordre établi par le programme, le microprocesseur doit savoir à chaque instant l’adresse de la prochaine 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. A.U 2012/2013 201 Ramzi Mahmoudi 01/02/2013 6 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (12) 5- Fonctionnement d’un microprocesseur A.U 2012/2013 202 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (13) Remarque : la valeur initiale du pointeur d’instruction est fixée par le constructeur du microprocesseur. Elle vaut une valeur bien définie à chaque mise sous tension du microprocesseur ou bien lors d’une remise à zéro (reset). 5- Fonctionnement d’un microprocesseur A.U 2012/2013 203 Ramzi Mahmoudi 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. 01/02/2013 7 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (13) 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. Remarque : pour exécuter une instruction, l’UAL utilise des registres de travail. 5- Fonctionnement d’un microprocesseur A.U 2012/2013 204 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (14) Pendant que l’instruction est décodée, le pointeur d’instruction est incrémenté de façon à pointer vers l’instruction suivante : 5- Fonctionnement d’un microprocesseur A.U 2012/2013 205 Ramzi Mahmoudi Puis le processus de lecture et de décodage des instructions recommence. 01/02/2013 8 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (15) A la suite de chaque instruction, un registre du microprocesseur est actualisé en fonction du dernier résultat : c’est le registre d’état du microprocesseur. Chacun des bits du registre d’´etat est un indicateur d’état ou flag (drapeau). 5- Fonctionnement d’un microprocesseur A.U 2012/2013 206 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (16) Exemple : registre d’état du microprocesseur Z80 Les indicateurs d’état sont activés lorsqu’une certaine condition est remplie, Exemple : le flag Z est mis à 1 lorsque la dernière opération a donné un résultat nul, le flag C est mis à 1 lorsque le résultat d’une addition possède une retenue 5- Fonctionnement d’un microprocesseur A.U 2012/2013 207 Ramzi Mahmoudi 01/02/2013 9 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (17) 6- Le microprocesseur MOTOROLA 68000 - Introduction Le M68000 est un microprocesseur CISC 16/32 bits sorti en 1979. Le processeur le plus prisé de sa génération. Le formidable succès des machines comme le Mac, l'Amiga ou l'Atari est en grande partie due à cet innovant processeur. Voici ces caractéristiques : - Mémoire adressable de 16Mo ( 24 lignes d'adresse ). - Jeu d'instruction très complet ( 56 Instructions ). - 14 modes d'adressage différents. - 8 registres de donnée 32 bits. - 7 registres d'adresse 32 bits. - Gestion de privilèges ( Utilisateur / Superviseur ). - Deux pointeurs de pile 32 bits différents. A.U 2012/2013 208 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (17-1) 6- Le microprocesseur MOTOROLA 68000 - Introduction Le terme 16/32 bits résume la façon dont le circuit manipule les données. Le bus de données interne est sur 32 bits mais le processeur communique avec le reste du monde sur un bus externe de 16 bits. La série "microprocesseur 680x0" se compose du 68010, 68020, 68030, 68040 et 68060. Ces processeurs constituent la base des versions microcontrôleurs 683xx. A.U 2012/2013 209 Ramzi Mahmoudi 01/02/2013 10 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (17-2) Tous les registres du 68000 sont sur 32 bits excepté le registre d'état CCR 16 bits. Petit rappel sur les formats de données : Quartet = 4 bits Octet = 8 bits Mot / Word = 16 bits Long mot / Long Word = 32 bits Les registres de données et d'adresses sont banalisés à l'exception de A7 aussi appelé SP ( Stack pointer ) qui représente le pointeur de pile. En interne, il existe en fait deux pointeurs différents l'USP ( User Stack Pointer) en mode utilisateur et le SSP (Supervisor Stack Pointer) en mode superviseur. Il s'agit toujours du registre A7, le 68000 utilisant implicitement l'un ou l'autre en fonction de son mode de fonctionnement. 6- Le microprocesseur MOTOROLA 68000 - Introduction A.U 2012/2013 210 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (17-3) 6- Le microprocesseur MOTOROLA 68000 – Les registres D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 8 Registre de données sur 32 bits 7 Registre d’adresse sur 32 bits b0 : bit de poids faible b31 : bit de poids fort A.U 2012/2013 211 Ramzi Mahmoudi 01/02/2013 11 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (17-4) Registre PC : Programm Counter ou compteur de programme / CO 6- Le microprocesseur MOTOROLA 68000 – Les registres Adresse de la prochaine instruction à exécuter b31 : bit de poids fort b0 : bit de poids faible Registre SR : Status Register ou registre d’état b15 b0 b7 b8 Octet superviseur Octet utilisateur A.U 2012/2013 212 Ramzi Mahmoudi Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (17-5) b0 Bit C: positionné si une retenue est générée. Bit V: positionné s'il y a dépassement arithmétique. Bit Z: positionné si le résultat d'une opération est nul. Bit N: positionné si le résultat d'une opération est négatif. Bit X: bit de retenue pour les opérations de calculs étendues. 6- Le microprocesseur MOTOROLA 68000 – Les registres 1. Octet utilisateur / Registre CCR (condition Code Register ) b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 C V Z N X A.U 2012/2013 213 Ramzi Mahmoudi Registre SR : Status Register ou registre d’état 01/02/2013 12 Architecture des ordinateurs : Microprocesseur & jeu d’instructions – (17-6) Registre SR : Status Register ou registre d’état b8 6- Le microprocesseur MOTOROLA 68000 – Les registres 2. Octet Superviseur : b9 b10 b11 b12 b13 b14 b15 I0 I1 I2 T S bit T : s'il est positionné met le processeur en mode trace. Dans ce mode, le processeur s'arrête après l'exécution de chaque instruction et génère une exception permettant, par exemple, la mise en place d'un programme de uploads/Management/ corrige-1 6 .pdf