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DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT D’UN PROCESSEUR DANS UN SYSTEME D’EXPLOITATION Su

DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT D’UN PROCESSEUR DANS UN SYSTEME D’EXPLOITATION Supervisé par Mr. KENFACK MEMBRES DU GROUPE:  NGOUNOU MAGA Suzelle  MANEWA FOUODOP Yvana  GOKENG DOGMO Jaelle  NOUBISSIE DJONGOUE Franck Geordan  LONGCHY NTIWA Patrick  TIMEU FEUZI Serge Aurelien  WAMBA TAKOU Wilfried  TETE DELOKA Serena Danielle  MONKAM KAMGANG Myke Taylor  DIPUEA FEUZING Dechanel  PETO Brondon  NKOUANDOUM NDAM BILAL Ben  NIAMEKONG Wilfried  GABINE Tatianna  TAMEWE DONFACK Salif Duval  NJONZO TAKAM Stephanie Danielle  NGO NGWEM Emilienne Falonne  NDOUNGBOUCK Joseph  NGASSA 16 SOMMAIRE : Definition et historiques.........................................................................................................................2 Definition...........................................................................................................................................2 Historiques.........................................................................................................................................2 Description du processeurs.....................................................................................................................2 Les bus informatiques du microprocesseur................................................................................3 Les cœurs du CPU........................................................................................................................3 Les opérations : les instructions..............................................................................................................4 Catégories...........................................................................................................................................4 Le code opération et code opérande...................................................................................................4 Assembleur.........................................................................................................................................5 Etapes d'exécution des instructions........................................................................................................6 Cycle d'exécution des instructions......................................................................................................6 Modèle de Von Neuman : Principe.................................................................................................6 Etapes d’exécution..........................................................................................................................6 Cycle d'exécution pipeline............................................................................................................7 Principe......................................................................................................................................7 Contraintes pour que le pipeline soit efficace :...........................................................................7 2.3. Etages de base......................................................................................................................8 2.4. Comment ça marche ?.......................................................................................................8 Architecture d'un micro-processeur........................................................................................................8 Modèle de von Neumann..................................................................................................................9 Organisation interne des composants.................................................................................................9 Le Circuits Intégré................................................................................................................................10 LES UNITES DU PROCESSEUR :.....................................................................................................10 L’unité arithmétique et logique........................................................................................................11 L’unité de contrôle ou séquenceur....................................................................................................11 Les unités d’entrées sorties...............................................................................................................11 Les registres......................................................................................................................................11 4-1) Le registre d’état...................................................................................................................11 4-2) Pointeurs de piles..................................................................................................................11 4-3) L’accumulateur.....................................................................................................................11 5) L’horloge......................................................................................................................................12 LA PERFORMANCE D’UN PROCESSEUR.....................................................................................12 Le temps d’exécution d’une instruction............................................................................................12 La puissance de calcul......................................................................................................................12 Comment bien choisir son microprocesseur ?..................................................................................12 16 INTRODUCTION Un processeur est un composant de l’ordinateur imbriqué sur la carte mère. Il ne faut pas se fier à sa petite taille, il est d’une importance capitale à tel point que l’on ne peut parler d’ordinateur sans évoqué le microprocesseur. Gérer par le système d’exploitation, il permet l’exécution des programmes. Mais ce petit composant nous intrigue, comment fonctionne-t-il ? Et bien nous y répondrons dans notre développement. 16 I. DEFINITION ET HISTORIQUES 1. Définition Le processeur (CPU pour central Processing Unit ou Unité centrale de traitement) est le cerveau de l’ordinateur. Il permet de manipuler les informations numériques (sous formes binaires) et exécute les informations stockées en mémoires. 2. Historiques Suite de la commande un peu spéciale du japonais busicom en 1971, Gordon MOORE et Robert NOYCE produisent l’Intel 4004, premier processeur. « La genèse » est la première puce qui intègre de la mémoire RAM (mémoire vive, à accès direct) et DRAM (Dynamic RAM), cadencé à 0,74MHz et possède 2300 transitions. Ensuite, en 1974, a vu le jour l’Intel 8080 le premier CPU Intel doté d’une réelle polyvalence vis-à-vis de sa simplicité d’implantation Hardware avec ses 6000 transistors et une vitesse de 2MHz et une capacité de 64Ko de RAM. Par la suite, après la crise pétrolière de 1973, les ingénieurs de Motorola mettent sur pied un processeur d’architecture 8bits, bien simplifié et cadencé 1 MHz mais possède des limites hardware. S’apparentant au 8080 d’Intel, le Zilog Z80, plus évolué, Toujours avec un bus de 8bits, une cadence de près de 2 ,5 MHz et puis de 44 MHz et de 800 transistors, comporte un nouveau système permettant le rafraichissement intégré de la mémoire. Par la suite, de nombreux processeurs ont vu le jour jusqu’à l’Intel80286 en 1982 ,l’Intel80386 en 1985,l’Intel Pentium pro en 1995,le cyrix 6x86,le Pentium M et le processeur le plus récent et performant d’Intel de nos jours le Cor e i7.les core x peuvent se décomposer en en trois générations de l’évolution de l’architecture :les ix 3000, les Sandy Bridge ix 2000 et Ivy Bridge ix 3000 ,loin devant AMD ;la première génération de ix possède environ 750 millions de transistors, la seconde embarque près de 1,15 milliards et la dernière 1,4 milliards. II. DESCRIPTION DU PROCESSEUR Situé sur la carte mère, le processeur est constitué de plusieurs éléments Les bus informatiques du microprocesseur Les bus permettent le transfert de données vers les unités de traitement de celles-ci. Ils sont décomposés en trois sous-ensembles installés sur le microprocesseur du PC :  Le bus de contrôle qui correspond au message ; 16  Le bus des adresses qui identifie les composants de l'ordinateur ;  Le bus de contrôle qui comprend, par des signaux reçus, l'action à effectuer. Les cœurs du CPU Les micro-processeurs modernes possèdent plusieurs cœurs. L'intérêt d'avoir plusieurs cœurs est d'avoir la possibilité d'exécuter plusieurs tâches à la fois. En effet, chacun d'entre eux peut travailler de façon autonome. Ainsi, plus le processeur possède de cœurs, plus l'ordinateur est rapide. On trouve sur le marché des CPU à deux cœurs (dual-core), à 4, 6 voire 8 cœurs. Les professionnels qui ont besoin d'ordinateurs demandant de très grandes vitesses de calcul peuvent ainsi posséder un processeur composé de 64 cœurs et bientôt plus ! De registres : zones de stockage des données de travail de l’UAL (opérandes, résultats intermédiaires) ; Les Transistors Un transistor (contraction de transfert résistor, en français résistance de transfert) est un composant électronique semi-conducteur, possédant trois électrodes, capable de modifier le courant qui le traverse à l'aide d'une de ses électrodes (appelée électrode de commande). On parle ainsi de « composant actif », par opposition aux « composants passifs », tels que la résistance ou le condensateur, ne possédant que deux électrodes (on parle de « bipolaire »). Les Mémoires caches La mémoire cache (également appelée antémémoire ou mémoire tampon) est une mémoire rapide permettant de réduire les délais d'attente des informations stockées en mémoire vive. Situé à proximité du processeur elles permettent stocker temporairement les principales données devant être traitées par le processeur. Les ordinateurs récents possèdent plusieurs niveaux de mémoire cache : La mémoire cache de premier niveau (appelée L1 Cache, pour Level 1 Cache) est directement intégrée dans le processeur La mémoire cache de second niveau (appelée L2 Cache, pour Level 2 Cache) est située au niveau du boîtier contenant le processeur (dans la puce). Elle est moins rapide que la cache L1. La mémoire cache de troisième niveau (appelée L3 Cache, pour Level 3 Cache) autrefois située au niveau de la carte mère (utilisation de la mémoire centrale), elle est aujourd'hui intégrée directement dans le CPU. Nous avons également l’horloge interne, le séquenceur ou unité de contrôle. Un microprocesseur se présente sous la forme d’un circuit intégré muni d’un nombre généralement important de broches. Exemples : 16 • Intel 8085, 8086, Zilog Z80 : 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. Un microprocesseur III. Les opérations : les instructions 1. Catégories Une instruction est l’opération élémentaire que le processeur peut accomplir. Les instructions sont stockées dans la mémoire vive en vue d’être traité par le processeur. Elles peuvent divisés en plusieurs catégories dont les principales sont : Accès à la mémoire : des accès à la mémoire ou transferts de données entres registres. Opérations arithmétiques : opérations telles que les additions soustractions, divisions ou multiplication (+, -, /, *). Opération logiques : opérations ET, OU, NON, NON exclusif, etc. Contrôle : contrôle de séquence, branchement conditionnels, etc. 2. Le code opération et code opérande Une instruction machine est une chaîne binaire composée principalement de 2 parties : ▪ le champ « code opération » qui indique au processeur le type de traitement à réaliser. Par exemple le code « 0010 0110 » donne l’ordre au CPU d’effectuer une multiplication. ▪ le champ « opérandes » indique la nature des données sur lesquelles l’opération désignée par le « code opération » doit être effectuée 16 Comme déjà dit, les opérandes désignent les données sur lesquelles le code opération de l’instruction doit être réalisée. Un opérande peut être de 3 natures différentes : 1. l’opérande est une valeur immédiate : l’opération est effectuée directement sur la valeur donnée dans l’opérande 2. l’opérande est un registre du CPU : l’opération est effectuée sur la valeur située dans un des registres (R0, R1, R2,…), l’opérande indique de quel registre il s’agit 3. l’opérande est une donnée située en mémoire vive : l’opération est effectuée sur la valeur située en mémoire vive à l’adresse XXXXX. Cette adresse est indiquée dans l’opérande. Exemples : ▪ quand on considère l’instruction machine : « additionne le nombre 125 et la valeur située dans le registre R2 , range le résultat dans le registre R1 » nous avons 2 valeurs : « le nombre 125 » (qui est une valeur immédiate : cas n°1) et « la valeur située dans le registre R2 » (cas n°2) ▪ quand on considère l’instruction machine : « prendre la valeur située dans le registre R1 et la placer à l’adresse mémoire 512 » nous avons 2 valeurs : « à l’adresse mémoire 512 » (cas n°3) et « la valeur située dans le registre R1 » (cas n°2) 3. Assembleur Le microprocesseur étant incapable d’interpréter la phrase « additionne le nombre 125 et la valeur située dans le registre R2 , range le résultat dans le registre R1 », il faut coder cette instruction sous forme binaire : « additionne le nombre uploads/Management/ fonctionnement-processeur-1.pdf