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1 GENERALITES
1.1 INTRODUCTION
1.2 QU’ENTEND-T-ON PAR ARCHITECTURE?
1.3 QU’EST CE QU’UN MICROPROCESSEUR?
1.4 RAPPELS
1.5 OU TROUVE-T-ON DES SYSTEMES A MICROPROCESSEUR?
2 ARCHITECTURE DE BASE
2.1 MODELE DE VON NEUMANN
2.2 L’UNITE CENTRALE
2.3 LA MEMOIRE PRINCIPALE
2.4 LES INTERFACES D’ENTREES/SORTIES
2.5 LES BUS
2.6 DECODAGE D’ADRESSES
3 LES MEMOIRES
3.1 ORGANISATION D’UNE MEMOIRE
3.2 CARACTERISTIQUES D’UNE MEMOIRE
3.3 DIFFERENTS TYPES DE MEMOIRE
3.3.1 LES MEMOIRES VIVES (RAM)
3.3.1.1 Les RAM statiques
3.3.1.2 Les RAM dynamiques
3.3.1.3 Conclusions
3.3.2 LES MEMOIRES MORTES (ROM)
3.3.2.1 LA ROM
3.3.2.2 La PROM
3.3.2.3 L’EPROM ou UV-EPROM
3.3.2.4 L’EEPROM
3.3.2.5 La FLASH EPROM
3.4 CRITERES DE CHOIX D’UNE MEMOIRE
3.5 NOTION DE HIERARCHIE MEMOIRE
4 LE MICROPROCESSEUR
4.1 ARCHITECTURE DE BASE D’UN MICROPROCESSEUR
4.1.1 L’UNITE DE COMMANDE
4.1.2 L’UNITE DE TRAITEMENT
4.1.3 SCHEMA FONCTIONNEL
4.2 CYCLE D’EXECUTION D’UNE INSTRUCTION
4.3 JEU D’INSTRUCTIONS
4.3.1 DEFINITION
4.3.2 TYPE D’INSTRUCTIONS
4.3.3 CODAGE
4.3.4 MODE D’ADRESSAGE
4.3.5 TEMPS D’EXECUTION
4.4 LANGAGE DE PROGRAMMATION
4.5 PERFORMANCES D’UN MICROPROCESSEUR
4.6 NOTION D’ARCHITECTURE RISC ET CISC
4.6.1 L’ARCHITECTURE CISC
4.6.1.1 Pourquoi
4.6.1.2 Comment
4.6.2 L’ARCHITECTURE RISC
4.6.2.1 Pourquoi
4.6.2.2 Comment
4.6.3 COMPARAISON
4.7 AMELIORATIONS DE L’ARCHITECTURE DE BASE
4.7.1 ARCHITECTURE PIPELINE
4.7.1.1 Principe
4.7.1.2 Gain de performance
4.7.1.3 Problèmes
4.7.2 NOTION DE CACHE MEMOIRE
4.7.2.1 Problème posé
4.7.2.2 Principe
4.7.3 ARCHITECTURE SUPERSCALAIRE
4.7.4 ARCHITECTURE PIPELINE ET SUPERSCALAIRE
4.8 PROCESSEURS SPECIAUX
4.8.1 LE MICROCONTROLEUR
4.8.2 LE PROCESSEUR DE SIGNAL
4.9 EXEMPLES
4.9.1 AMD ATHLON
4.9.2 INTEL PENTIUM III
5 LES ECHANGES DE DONNEES
5.1 L’INTERFACE D’ENTREE/SORTIE
5.1.1 ROLE
5.1.2 CONSTITUTION
5.2 TECHNIQUES D’ECHANGE DE DONNEES
5.2.1 ECHANGE PROGRAMME
5.2.1.1 Scrutation
5.2.1.2 Interruption
5.2.2 ECHANGE DIRECT AVEC LA MEMOIRE
5.3 TYPES DE LIAISONS
5.3.1 LIAISON PARALLELE
5.3.2 LIAISON SERIE
5.4 NOTION DE RESEAU
5.4.1 INTRODUCTION
5.4.2 LE MODELE OSI
5.4.3 CLASSIFICATION DES RESEAUX
5.4.4 TOPOLOGIE DES RESEAUX
6 UN EXEMPLE – LE PC
6.1 L’UNITE CENTRALE
6.1.1 LA CARTE MERE
6.1.2 LE MICROPROCESSEUR
6.1.3 LA MEMOIRE
6.1.4 LA CARTE VIDEO
6.1.4.1 Le GPU
6.1.4.2 La mémoire vidéo
6.1.4.3 Le RAMDAC
6.1.4.4 Les entrées/sorties vidéo
6.1.5 LES PERIPHERIQUES INTERNES DE STOCKAGE
6.1.5.1 Le disque dur
6.1.5.2 Les disques optiques
Chapitre 1
1 Généralités
1.1 Introduction
L’informatique, contraction d’information et automatique, est la science du traitement de l’information. Apparue au milieu du 20 ème siècle, elle a connu une évolution extrêmement rapide. A sa motivation initiale qui était de faciliter et d’accélérer le calcul, se sont ajoutées de nombreuses fonctionnalités, comme l’automatisation, le contrôle et la commande de processus, la communication ou le partage de l’information.
Le cours d’architecture des systèmes à microprocesseurs expose les principes de base du traitement programmé de l’information. La mise en œuvre de ces systèmes s’appuie sur deux modes de réalisation distincts, le matériel et le logiciel. Le matériel (hardware) correspond à l’aspect concret du système : unité centrale, mémoire, organes d’entrées-sorties, etc… Le logiciel (software) correspond à un ensemble d’instructions , appelé programme, qui sont contenues dans les différentes mémoires du système et qui définissent les actions effectuées par le matériel.
1.2 Qu’entend-t-on par architecture ?
L’architecture d’un système à microprocesseur représente l’organisation de ses différentes unités et de leurs interconnexions. Le choix d’une architecture est toujours le résultat d’un compromis :
– entre performances et coûts
– entre efficacité et facilité de construction
– entre performances d’ensemble et facilité de programmation
– etc …
1.3 Qu’est ce qu’un microprocesseur ?
Un microprocesseur est un circuit intégré complexe. Il résulte de l’intégration sur une puce de fonctions logiques combinatoires (logiques et/ou arithmétique) et séquentielles (registres, compteur, etc…). Il est capable d’interpréter et d’exécuter les instructions d’un programme. Son domaine d’utilisation est donc presque illimité.
Le concept de microprocesseur a été créé par la Société Intel. Cette Société, créée en 1968, était spécialisée dans la conception et la fabrication de puces mémoire. À la demande de deux de ses clients — fabricants de calculatrices et de terminaux — Intel étudia une unité de calcul implémentée sur une seule puce. Ceci donna naissance, en 1971, au premier microprocesseur, le 4004, qui était une unité de calcul 4 bits fonctionnant à 108 kHz. Il résultait de l’intégration d’environ 2300 transistors.
1.4 Rappels
Les informations traitées par un microprocesseur sont de différents types (nombres, instructions, images, vidéo, etc…) mais elles sont toujours représentées sous un format binaire. Seul le codage changera suivant les différents types de données à traiter. Elles sont représentées physiquement par 2 niveaux de tensions différents. En binaire, une information élémentaire est appelé bit et ne peut prendre que deux valeurs différentes : 0 ou 1.
Une information plus complexe sera codée sur plusieurs bit. On appelle cet ensemble un mot.
Un mot de 8 bits est appelé un octet.
1.5 Où trouve-t-on des systèmes à microprocesseur ?
Les applications des systèmes à microprocesseurs sont multiples et variées :
– Ordinateur, PDA
– console de jeux
– calculatrice
– télévision
– téléphone portable
– distributeur automatique d’argent
– robotique
– lecteur carte à puce, code barre
– automobile
– instrumentation
– etc…
Chapitre 2
2 Architecture de base
2.1 Modèle de von Neumann
Pour traiter une information, un microprocesseur seul ne suffit pas, il faut l’insérer au sein d’un système minimum de traitement programmé de l’information. John Von Neumann est à l’origine d’un modèle de machine universelle de traitement programmé de l’information (1946). Cette architecture sert de base à la plupart des systèmes à microprocesseur actuel. Elle est composé des éléments suivants :
- une unité centrale
- une mémoire principale
- des interfaces d’entrées/sorties
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