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Chap. 1 SYSTEMES A BASE DE MICROPROCESSEUR I / Architecture d’un système à base

Chap. 1 SYSTEMES A BASE DE MICROPROCESSEUR I / Architecture d’un système à base de microprocesseur : Un système à base de microprocesseur est formé des trois éléments : - Une unité CPU (central processing unit ) - Une mémoire (ROM et RAM) - Des ports d’entrées/sorties. Les trois modules sont interconnectés comme le montre la figure suivante autour de trois bus : bus de données, bus d’adresses et bus de contrôles et commandes. Bus : Il s’agit de plusieurs pistes électroniques qui sont reliées au microprocesseur. Ces bus assurent la communication interne et externe du microprocesseur. - Le bus de données : c’est un ensemble de fils bidirectionnels qui va permettre le transfert de données entre les différents éléments du système. Il fixe la longueur du mot échangé avec la mémoire. - Le bus d’adresses : il permet d’adresser un élément par le microprocesseur .il est unidirectionnel .il détermine la capacité maximale d’adressage du système, (ex : 16 bits adressent 65536 octet = 64 K octet,). - Le bus de commandes et de contrôle : c’est un bus qui permet de véhiculer les signaux de contrôles et de commandes tels que l’horloge les signaux Rd/Wr etc 1- le CPU Elle se compose essentiellement de l’unit de commande, de l’UAL et d’un ensemble de registres. L’UC est organisée le long d’un bus (bus interne du microprocesseur. Le processeur est un circuit électronique complexe qui exécute chaque instruction très rapidement, en quelques cycles d’horloges. La séquence des instructions (ou programme) est stockée en mémoire à des emplacements successifs et en code binaire. Le rôle du CPU se décompose en quatre étapes : 1. aller chercher l’instruction suivante en mémoire « cycle de chargement » ; 2. la décoder pour déterminer l’action qu’il doit effectuer ; 3. l’exécuter « cycle d’exécution » ; 4. revenir à l’étape 1. 2- la Mémoire La mémoire est divisée en emplacements de taille fixe (par exemple 8 bits) utilisés pour stocker instructions et données. Dans une mémoire de taille N, on a N emplacements mémoires, numérotés de 0 à N - 1. Chaque emplacement est repéré par son numéro, appelé adresse. L’adresse est le plus souvent écrite en hexadécimal. Données adresse 1 0 1 1 0 1 1 1 . . . bit du poid fort 7 6 5 4 3 2 1 0 bit du poid faible numero des bits Remarque : La mémoire morte (ROM : Read Only Memory) range en général le programme d’initialisation du système (exemple dans le PC elle range le BIOS : Basic Input Ouput systeme ) . La mémoire vive (RAM : Random Axes Memory) sert au rangement des programmes utilisateurs c’est une mémoire volatile. La capacité (taille) de la mémoire est le nombre d’emplacements, exprimé en général en kilo-octets ou en méga-octets, voire davantage. Rappelons que le kilo informatique vaut 1024 et non 1000 (210 = 1024 non 1000). Voici les multiples les plus utilisés : 1 K (Kilo) 210 = 1024 1 M (Méga) 220 = 1048 576 1 G (Giga) 230 = 1 073 741 824 1 T (T éra) 240 = 1 099 511 627 776 schéma fonctionnel d’une mémoire Le nombre de lignes d’adresses dépend de la capacité de la mémoire : n lignes d’adresses permettent d’adresser 2n cases mémoire : 8 bits d’adresses permettent d’adresser 256 octet, 16 bits d’adresses permettent d’adresser 65536 octets (= 64 Ko), ... Exemple : mémoire RAM 6264, capacité = 8K×8 bits : 13 broches d’adresses A0 à A12, 2^13= 8192 = 8 Ko. Interfaçage microprocesseur mémoire Les interfaces d’entrées sorties : Elles permettent d’assurer la communication entre le microprocesseur et les périphériques. (capteur, clavier, moniteur ou afficheur, imprimante, modem, actionneur, etc…). Le microprocesseur doit Donc contrôler les fonctions effectuées par les autres modules, il doit chercher ainsi que décoder des instructions ranger en mémoire, et il doit adresser des interfaces d’entrées/sorties pour lire des données du monde extérieur, et restituer le résultat de son traitement. II / Architecture d’un CPU : Une CPU est formée par les trois éléments fonctionnels interconnectés suivants : ► Registres. ► UAL : Unité arithmétique et logique. ► Circuit de contrôle. II-1 / Les registres : II-1-1 / L ’accumulateur : Il s’agit d’un registre d’usage général recevant des opérandes, des résultats intermédiaires ou des résultats provenant de l’unité arithmétique et logique. Ils évitent des appels fréquents à la mémoire, réduisant ainsi les temps de calcul. II-1-2 / Le compteur de programme : Le compteur de programme contient l’adresse de l’instruction suivante en mémoire qui doit être exécutée. Le registre compteur de programme est constamment modifié après l’exécution de chaque instruction afin qu’il pointe sur l’instruction suivante. II-1-3 / Registre d’instruction et décodeur d’instruction : II-1-3-1 / Le registre d’instruction : Chaque opération que le microprocesseur va effectuer est codée « instruction code» ou « opération code » , Le registre d’instructions contient le code de la prochaine instruction à être exécutée par le processeur. Cette instruction sera acheminée (par un bus de données) au décodeur d’instructions qui sera chargé de l’interpréter. II-1-3-2 / Le décodeur d’instruction : C’est lui qui va interpréter l’instruction contenue dans le registre d’instruction (RI). C’est-à-dire qu’elle est l’opération à effectuer (Addition, branchement etc...) Et comment aller chercher les opérandes requises pour cette opération (par exemple, les nombres à additionner). Le décodeur d’instructions communique alors avec l’unité de commandes et de contrôles qui pourra déclencher les événements en conséquence. II-1-4/ Registres d’adresses : Ces registres servent à gérer l’adressage de la mémoire, et puisque les registres peuvent être incrémenter ou décrémenter donc on peut accéder facilement à des données qui se trouvent en mémoire. II-1-5 Registre d’état (FLAGS) : Le registre d’état FLAG sert à contenir l’état de certaines opérations effectuées par le processeur. II-2 / L ’unité arithmétique et logique (UAL) : Comme son nom l’indique, cette unité peut exécuter deux types d’opérations. - Opérations arithmétiques Elles incluent l’addition et la soustraction qui sont des opérations de base (une soustraction est une addition avec le complément à deux), la multiplication et la division. Les données traitées sont considérées dans des représentations entières. - Opérations logiques Ces opérations sont effectuées bit à bit sur les bits de même poids de deux mots, tel que ET, OU, NOT OU EXCLUSIF, de même les opérations de rotation et de décalage (arithmétique et logique) A la fin d’une opération, l’UAL peut aller modifier certains bits du registre d’état (FLAG). II – 3 / Unité de contrôle et commande : Synchronisée par le signal de l’horloge, c’est elle qui déclenche les événements dans le. Par exemple, quand une information passe dans un bus, cette information est destinée à un seul endroit (par exemple, un registre). C’est donc l’unité de commande et de contrôle qui va « déverrouiller » l’entrée de cette destination pour que l’information qui circule sur le bus puisse y entrer III / Fonctionnement d’un système à base de microprocesseur : III-1 / Les interruptions : Les interruptions permettent au matériel (périphérique) de communiquer avec le processeur. Dans certains cas, on désire que le processeur réagisse rapidement à un évènement extérieur, mais la majorité de ces périphériques n’ont besoin du microprocesseur qu’à certains moments, alors ils génères demande d’interruption. Une interruption est signalée au processeur par un signal électrique sur une borne spéciale. Lors de la réception de ce signal, le processeur “traite” l’interruption dès la fin de l’instruction qu’il était en train d’exécuter. Le traitement de l’interruption consiste soit : – à l’ignorer et passer normalement à l’instruction suivante : interruptions masquables. – à exécuter un traitant d’interruption (interrupt handler). Interruptions non masquables. Remarque : Parfois le microprocesseur est sollicité par plusieurs interruptions en même temps, pour répondre à ces appels un ordre de priorité est souvent pris en compte pour leurs traitements. Les interruptions augmentent considérablement l’efficacité du processeur. Les interruptions sont de deux types : • Interruption matérielle. • Interruption logicielle. III-2 /L ’écriture en mémoire (WRITE) : Pour écrire une donnée dans la mémoire le microprocesseur doit placer l’adresse de la donnée sur le bus d’adresses, puis il place la donnée sur le bus de données et enfin génère le signal WRITE. III-3 / La lecture de la mémoire (READ) : Pour lire une donnée de la mémoire le microprocesseur dépose son adresse sur le bus d’adresses puis génère le signal READ, alors la donnée sera acheminée vers le microprocesseur à travers le bus de données. La donnée sera stockée dans un registre dans le microprocesseur. Remarque : Si la donnée est un code opératoire d’une instruction alors elle sera logée dans le registre d’instructions sinon elle sera logée dans un registre de données (en général l’accumulateur) III- 4 /Communication avec les entrées/sorties : Les données échangées entre un périphérique et le processeur transitent par l’interface associé à ce périphérique .L’interface possède de la mémoire tampon pour stocker les données échangées et les informations pour gérer la communication avec le périphérique : – des informations de commande, pour définir le mode de fonctionnement de l’interface uploads/Management/ cours-mp-elect4.pdf