LE MICROPROCESSEURwww.slideshare.net/adelessafi
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LOI DE MOORE   Moore (un des co-fondateurs de la société Intel) a    émis lhypothèse que les capacités technologiques    ...
LOI DE MOORE
ARCHITECTURE DE BASE D’UNMICROPROCESSEUR   Un microprocesseur est construit autour de deux    éléments principaux :     ...
ARCHITECTURE DE BASE
REGISTRES   Il existe deux types de registres :     les registres dusage général permettent à lunité de      traitement ...
L’UNITÉ DE COMMANDE permet de séquencer le déroulement des  instructions. Effectue la recherche en mémoire de linstructi...
UNITÉ DE COMMANDE Composé de: le compteur de programme constitué par un  registre dont le contenu est initialisé avec la...
UNITÉ DE COMMANDE Composé de: le registre dinstruction et le décodeur  dinstruction : chacune des instructions à exécute...
UNITÉ DE COMMANDE Composé de: Bloc logique de commande (ou séquenceur) : Il  organise lexécution des instructions au ryt...
L’UNITÉ DE TRAITEMENT C’est le coeur du microprocesseur regroupe les circuits qui assurent les traitements  nécessaires ...
LE REGISTRE DÉTAT Chacun de ces bits est un indicateur dont létat dépend  du résultat de la dernière opération effectuée ...
CYCLE D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION Le microprocesseur ne comprend qu’un certain  nombre d’instructions qui sont codées e...
PHASE 1: RECHERCHE DE LINSTRUCTION ÀTRAITER 1. Le PC contient ladresse de linstruction suivante  du programme. Cette vale...
PHASE 1: RECHERCHE DE LINSTRUCTION ÀTRAITER
PHASE 2 : DÉCODAGE DE L’INSTRUCTION ETRECHERCHE DE LOPÉRANDE Le registre dinstruction contient le premier mot de  linstru...
PHASE 2 : DÉCODAGE DE L’INSTRUCTION ETRECHERCHE DE LOPÉRANDE
PHASE 3 : EXÉCUTION DE LINSTRUCTION 1. Le micro-programme réalisant linstruction est  exécuté. 2. Les drapeaux sont posi...
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CODAGE   Les instructions et leurs opérandes (paramètres) sont    stockés en mémoire principale.   La taille totale d’un...
EXEMPLE Le nombre dinstructions du jeu dinstructions est  directement lié au format du code instruction. un octet permet...
MODE D’ADRESSAGE Un mode dadressage définit la manière dont le  microprocesseur va accéder à l’opérande. Les  différents ...
PERFORMANCES D’UN MICROPROCESSEUR On peut caractériser la puissance d’un  microprocesseur par le nombre d’instructions qu...
MODE D’ACCÈS   Accès séquentiel     Pour accéder à une information on doit parcourir toutes      les informations précéd...
MODE D’ACCÈS   Accès semi-séquentiel     Intermédiaire entre séquentiel et direct     Exemple : disque dur     Accès d...
NOTION D’ARCHITECTURE RISC ETCISC
NOTION D’ARCHITECTURE RISC ET CISC Actuellement l’architecture des microprocesseurs  se composent de deux grandes famille...
L’ARCHITECTURE CISC incorporer au niveau processeur des instructions  plus proches de la structure de ces langages plutô...
L’ARCHITECTURE RISC Motivation : 80% des traitements des langages de  haut niveau faisaient appel à seulement 20% des  in...
L’ARCHITECTURE RISC Chacune de ces instructions s’exécutent en un  cycle d’horloge ces instructions ne disposent que d’u...
PERFORMANCES D’UN MICROPROCESSEUR CPI (Cycle Par Instruction) : représente le  nombre moyen de cycles d’horloge nécessair...
AMÉLIORATION DES PERFORMANCES Augmenter la vitesse du processeur Modifier l’architecture interne (plusieurs bus) Amélio...
PIPELINE   Exécution d’une instruction
PIPELINE lorsque la première étape de l’exécution d’une  instruction est achevée, l’instruction entre dans la  seconde ét...
PIPELINE
GAIN DE PERFORMANCE          Gain=(n*k)/(k+(n-1))
LA MÉMOIRE CACHE
LA MÉMOIRE CACHE
LA MÉMOIRE CACHE
LA MÉMOIRE CACHE
LA MÉMOIRE CACHE (NIVEAU DE CACHE)
MÉMOIRE CACHE : RÉALISATION
LA MÉMOIRE CACHE
LA MÉMOIRE CACHE: FONCTIONNEMENT
LA MÉMOIRE CACHE: FONCTIONNEMENT
LA MÉMOIRE CACHE: GESTION DE CONTENU
LA MÉMOIRE CACHE: EXEMPLE DE LOCALITÉ
LA MÉMOIRE CACHE: GESTION DU CONTENU
LA MÉMOIRE CACHE: REMPLACEMENT DESDONNÉES
LA MÉMOIRE CACHE: REMPLACEMENT DESDONNÉES
LA MÉMOIRE CACHE: COHÉRENCE ENTRE LECACHE ET LA MÉMOIRE CENTRALE
LA MÉMOIRE CACHE: ÉCRITURE DES DONNÉES
LA MÉMOIRE CACHE: CORRESPONDANCEDIRECTE
LA MÉMOIRE CACHE: CORRESPONDANCEDIRECTE
LA MÉMOIRE CACHE: CORRESPONDANCEASSOCIATIVE
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Le microprocesseur

  1. 1. LE MICROPROCESSEURwww.slideshare.net/adelessafi
  2. 2. LE MICROPROCESSEUR Un microprocesseur est un circuit intégré complexe caractérisé par une très grande intégration et doté des facultés dinterprétation et dexécution des instructions dun programme. chargé d’organiser les tâches précisées par le programme et d’assurer leur exécution. prend en compte les informations extérieures au système et assurer leur traitement. C’est le cerveau du système.
  3. 3. LOI DE MOORE Moore (un des co-fondateurs de la société Intel) a émis lhypothèse que les capacités technologiques permettraient de multiplier par 2 tous les 18 mois le nombre de transistors intégrés sur les circuits.
  4. 4. LOI DE MOORE
  5. 5. ARCHITECTURE DE BASE D’UNMICROPROCESSEUR Un microprocesseur est construit autour de deux éléments principaux :  Une unité de commande  Une unité de traitement En plus  registres chargées de stocker les différentes informations à traiter Ces éléments sont reliés par des bus internes permettant les échanges d’informations
  6. 6. ARCHITECTURE DE BASE
  7. 7. REGISTRES Il existe deux types de registres :  les registres dusage général permettent à lunité de traitement de manipuler des données à vitesse élevée. Ils sont connectés au bus données interne au microprocesseur.  les registres dadresses (pointeurs) connectés sur le bus adresses.
  8. 8. L’UNITÉ DE COMMANDE permet de séquencer le déroulement des instructions. Effectue la recherche en mémoire de linstruction. Comme chaque instruction est codée sous forme binaire, elle en assure le décodage pour enfin réaliser son exécution effectue la préparation de linstruction suivante.
  9. 9. UNITÉ DE COMMANDE Composé de: le compteur de programme constitué par un registre dont le contenu est initialisé avec ladresse de la première instruction du programme. Il contient toujours l’adresse de l’instruction à exécuter.
  10. 10. UNITÉ DE COMMANDE Composé de: le registre dinstruction et le décodeur dinstruction : chacune des instructions à exécuter est rangée dans le registre instruction puis est décodée par le décodeur d’instruction
  11. 11. UNITÉ DE COMMANDE Composé de: Bloc logique de commande (ou séquenceur) : Il organise lexécution des instructions au rythme d’une horloge. Il élabore tous les signaux de synchronisation internes ou externes (bus de commande) du microprocesseur en fonction des divers signaux de commande provenant du décodeur d’instruction ou du registre d’état par exemple réalisé soit de façon câblée (obsolète), soit de façon micro-programmée, on parle alors de micromicroprocesseur.
  12. 12. L’UNITÉ DE TRAITEMENT C’est le coeur du microprocesseur regroupe les circuits qui assurent les traitements nécessaires à lexécution des instructions L’Unité Arithmétique et Logique (UAL) est un circuit complexe qui assure les fonctions logiques (ET, OU, Comparaison, Décalage , etc…) ou arithmétique (Addition, soustraction). Le registre détat est généralement composé de 8 bits à considérer individuellement. Les accumulateurs sont des registres de travail qui servent à stocker une opérande au début dune opération arithmétique et le résultat à la fin de lopération
  13. 13. LE REGISTRE DÉTAT Chacun de ces bits est un indicateur dont létat dépend du résultat de la dernière opération effectuée par l’UAL. Sont aussi appelé : indicateurs d’état ou flag ou drapeaux. Dans un programme le résultat du test de leur état conditionne souvent le déroulement de la suite du programme  retenue (carry : C)  retenue intermédiaire (Auxiliary-Carry : AC)  signe (Sign : S)  débordement (overflow : OV ou V)  zéro (Z)  parité (Parity : P)
  14. 14. CYCLE D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION Le microprocesseur ne comprend qu’un certain nombre d’instructions qui sont codées en binaire. Le traitement d’une instruction peut être décomposé en trois phases Phase 1: Recherche de linstruction à traiter Phase 2 : Décodage de l’instruction et recherche de lopérande Phase 3 : Exécution de linstruction
  15. 15. PHASE 1: RECHERCHE DE LINSTRUCTION ÀTRAITER 1. Le PC contient ladresse de linstruction suivante du programme. Cette valeur est placée sur le bus dadresses par lunité de commande qui émet un ordre de lecture. 2. Au bout dun certain temps (temps daccès à la mémoire), le contenu de la case mémoire sélectionnée est disponible sur le bus des données. 3. Linstruction est stockée dans le registre instruction du processeur.
  16. 16. PHASE 1: RECHERCHE DE LINSTRUCTION ÀTRAITER
  17. 17. PHASE 2 : DÉCODAGE DE L’INSTRUCTION ETRECHERCHE DE LOPÉRANDE Le registre dinstruction contient le premier mot de linstruction qui peut être codée sur plusieurs mots. Ce premier mot contient le code opératoire qui définit la nature de lopération à effectuer (addition, rotation,...) et le nombre de mots de linstruction. 1. Lunité de commande transforme linstruction en une suite de commandes élémentaires nécessaires au traitement de linstruction. 2. Si linstruction nécessite une donnée en provenance de la mémoire, lunité de commande récupère sa valeur sur le bus de données. 3. L’opérande est stockée dans un registre.
  18. 18. PHASE 2 : DÉCODAGE DE L’INSTRUCTION ETRECHERCHE DE LOPÉRANDE
  19. 19. PHASE 3 : EXÉCUTION DE LINSTRUCTION 1. Le micro-programme réalisant linstruction est exécuté. 2. Les drapeaux sont positionnés (registre détat). 3. Lunité de commande positionne le PC pour linstruction suivante.
  20. 20. JEU D’INSTRUCTIONS première étape de la conception d’un microprocesseur -> définition de son jeu d’instructions Le jeu d’instructions décrit l’ensemble des opérations élémentaires que le microprocesseur pourra exécuter A un même jeu d’instructions peut correspondre un grand nombre d’implémentations différentes du microprocesseur.
  21. 21. TYPE D’INSTRUCTIONS Les instructions que l’on retrouve dans chaque microprocesseur peuvent être classées en 4 groupes :  Transfert de données pour charger ou sauver en mémoire, effectuer des transferts de registre à registre, etc…  Opérations arithmétiques : addition, soustraction, division, multiplication  Opérations logiques : ET, OU, NON, NAND, comparaison, test, etc…  Contrôle de séquence : branchement, test, etc…
  22. 22. CODAGE Les instructions et leurs opérandes (paramètres) sont stockés en mémoire principale. La taille totale d’une instruction (nombre de bits nécessaires pour la représenter en mémoire) dépend du type d’instruction et aussi du type d’opérande. Chaque instruction est codée sur un nombre entier d’octets afin de faciliter son décodage par le processeur. Une instruction est composée de deux champs :  le code instruction, qui indique au processeur quelle instruction réaliser  le champ opérande qui contient la donnée, ou la référence à une donnée en mémoire (son adresse).
  23. 23. EXEMPLE Le nombre dinstructions du jeu dinstructions est directement lié au format du code instruction. un octet permet de distinguer au maximum 256 instructions différentes.
  24. 24. MODE D’ADRESSAGE Un mode dadressage définit la manière dont le microprocesseur va accéder à l’opérande. Les différents modes dadressage dépendent des microprocesseurs mais on retrouve en général : ladressage de registre où l’on traite la données contenue dans un registre ladressage immédiat où l’on définit immédiatement la valeur de la donnée ladressage direct où l’on traite une données en mémoire Selon le mode d’adressage de la donnée, une instruction sera codée par 1 ou plusieurs octets.
  25. 25. PERFORMANCES D’UN MICROPROCESSEUR On peut caractériser la puissance d’un microprocesseur par le nombre d’instructions qu’il est capable de traiter par seconde. Pour cela, on définit : le CPI (Cycle Par Instruction) qui représente le nombre moyen de cycles d’horloge nécessaire pour l’exécution d’une instruction pour un microprocesseur donné. le MIPS (Millions dInstructions Par Seconde) qui représente la puissance de traitement du microprocesseur. MIPS=Fh/CPI avec Fh en MHz
  26. 26. MODE D’ACCÈS Accès séquentiel  Pour accéder à une information on doit parcourir toutes les informations précédentes  Accès lent  Exemple : bandes magnétiques (K7 vidéo) Accès direct  Chaque information a une adresse propre  On peut accéder directement à chaque adresse  Exemple : mémoire centrale
  27. 27. MODE D’ACCÈS Accès semi-séquentiel  Intermédiaire entre séquentiel et direct  Exemple : disque dur  Accès direct au cylindre  Accès séquentiel au secteur sur un cylindre Accès associatif/par le contenu  Une information est identifiée par une clé  On accède à une information via sa clé  Exemple : mémoire cache
  28. 28. NOTION D’ARCHITECTURE RISC ETCISC
  29. 29. NOTION D’ARCHITECTURE RISC ET CISC Actuellement l’architecture des microprocesseurs se composent de deux grandes familles : L’ architecture CISC (Complex Instruction Set Computer) L’architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer)
  30. 30. L’ARCHITECTURE CISC incorporer au niveau processeur des instructions plus proches de la structure de ces langages plutôt que de coder une opération complexe par plusieurs instructions plus petites (qui demanderaient autant d’accès mémoire très lent), il est préférable d’ajouter au jeu d’instructions du microprocesseur une instruction complexe qui se chargerait de réaliser cette opération Motivation : la mémoire travaillait très lentement par rapport au processeur
  31. 31. L’ARCHITECTURE RISC Motivation : 80% des traitements des langages de haut niveau faisaient appel à seulement 20% des instructions du microprocesseur réduire le jeu d’instructions à celles le plus couramment utilisées et d’en améliorer la vitesse de traitement
  32. 32. L’ARCHITECTURE RISC Chacune de ces instructions s’exécutent en un cycle d’horloge ces instructions ne disposent que d’un seul mode d’adressage Par contre, les instructions complexes doivent être réalisées à partir de séquences basées sur les instructions élémentaires, ce qui nécessite un compilateur très évolué dans le cas de programmation en langage de haut niveau
  33. 33. PERFORMANCES D’UN MICROPROCESSEUR CPI (Cycle Par Instruction) : représente le nombre moyen de cycles d’horloge nécessaire pour l’exécution d’une instruction pour un microprocesseur donné. MIPS (Millions dInstructions Par Seconde): la puissance de traitement du microprocesseur. MIPS = Fh/CPI (avec Fh fréquence d’horoge)
  34. 34. AMÉLIORATION DES PERFORMANCES Augmenter la vitesse du processeur Modifier l’architecture interne (plusieurs bus) Améliorer les performances du bus de communication Parallélisation de certaines tâches
  35. 35. PIPELINE Exécution d’une instruction
  36. 36. PIPELINE lorsque la première étape de l’exécution d’une instruction est achevée, l’instruction entre dans la seconde étape de son exécution et la première phase de l’exécution de l’instruction suivante débute Il peut y avoir une instruction en cours d’exécution dans chacune des étapes et chacun des composants du microprocesseur peut être utilisé à chaque cycle d’horloge
  37. 37. PIPELINE
  38. 38. GAIN DE PERFORMANCE  Gain=(n*k)/(k+(n-1))
  39. 39. LA MÉMOIRE CACHE
  40. 40. LA MÉMOIRE CACHE
  41. 41. LA MÉMOIRE CACHE
  42. 42. LA MÉMOIRE CACHE
  43. 43. LA MÉMOIRE CACHE (NIVEAU DE CACHE)
  44. 44. MÉMOIRE CACHE : RÉALISATION
  45. 45. LA MÉMOIRE CACHE
  46. 46. LA MÉMOIRE CACHE: FONCTIONNEMENT
  47. 47. LA MÉMOIRE CACHE: FONCTIONNEMENT
  48. 48. LA MÉMOIRE CACHE: GESTION DE CONTENU
  49. 49. LA MÉMOIRE CACHE: EXEMPLE DE LOCALITÉ
  50. 50. LA MÉMOIRE CACHE: GESTION DU CONTENU
  51. 51. LA MÉMOIRE CACHE: REMPLACEMENT DESDONNÉES
  52. 52. LA MÉMOIRE CACHE: REMPLACEMENT DESDONNÉES
  53. 53. LA MÉMOIRE CACHE: COHÉRENCE ENTRE LECACHE ET LA MÉMOIRE CENTRALE
  54. 54. LA MÉMOIRE CACHE: ÉCRITURE DES DONNÉES
  55. 55. LA MÉMOIRE CACHE: CORRESPONDANCEDIRECTE
  56. 56. LA MÉMOIRE CACHE: CORRESPONDANCEDIRECTE
  57. 57. LA MÉMOIRE CACHE: CORRESPONDANCEASSOCIATIVE

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