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Architecture d ’un
système à
MICROPROCESSEUR
©T.Berenguer Juin 2008
Applications des microprocesseur
1
Qui a inventé le microprocesseur ?
quand ? En 1971
Un peu d ’histoire
• Composant micro programmé
• 4 bits
• 2300 transistors
• Horloge 100 Khz
• Développé par INTEL pour BUSICOM
2
Pourquoi un microprocesseur ?
3
• Intel a initialement produit des mémoires.
•Busicom, fabricant japonais de machines à calculer, lui demande en 1969 de
mettre au point douze circuits intégrés pour assurer les fonctions de ses
machines.
•Un ingénieur d’Intel, Ted Hoff, propose de concevoir un circuit intégré
programmable unique pour réaliser l’ensemble de ces fonctions.
•Busicom approuve cette solution. Le travail fut réalisé en neuf mois sous la
direction de Federico Faggin. Le 4004 est né en 1971. C’est le premier
microprocesseur.
•Il a autant de puissance de calcul que l’ENIAC. Il utilise un « chemin de
données à 4 bits » , ce qui le rend utilisable pour des automatismes ou des
calculettes mais non pour construire un ordinateur.
•Intel rachète pour 60 000 $ les droits de Busicom sur le 4004 (peu après,
Busicom fit faillite). Il faut trouver d’autres clients. Intel se lance dans une
communication active pour convaincre la profession d’écrire des logiciels pour
le 4004 et de l’utiliser pour des automatismes comme le contrôle des feux de
circulation.
Organisation
Bus
Entrées
Sorties
Stockage
• du programme
• des données
• Gestion du système
• Exécution du programme
• Communication
• Adaptation électrique
Microprocesseur  périphériques
4
Rôle du microprocesseur
µ P
Le microprocesseur exécute un programme
Il existe plusieurs langages de programmation :
Assembleur ( langage machine)
Langage évolué ( C , Basic , Java … )
Un programme est une suite d’instructions qui réalise une tache
Une instruction est une opération simple
Opération de lecture ou écriture en mémoire
Opération logique ( ET, OU, décalage …)
Opération arithmétique ( Addition, soustraction … )
5
Caractéristiques du µP
•8bits
•16bits
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•16 bits = 65.536 adresses
•32 bits = 4.294.967.296 adresses
Le format des données
= Nombre de bit du bus de donnée
La taille de l ’espace adressable
= Nombre de bit du bus d ’adresse
La puissance de traitement
S’exprime en MIPS
(Millions d’Instructions Par Seconde)
•Etendu (CISC)
• Réduit (RISC)
Le jeu d ’instructions
•Pd (w) fonction de la vitesse
•Pd (w) fonction de la tension
La puissance consommée
6
Les mémoires 1/2
Une mémoire est un composant qui permet de stocker l ’information.
Une mémoire est caractérisée par :
• Sa capacité exprimée en
Bit, Kbit , Mbit, Gbit
ou
octets, Ko, Mo, Go
1 Kilo = 210 = 1.024
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•Son temps d ’accès
Exprimé en ns, il renseigne sur la vitesse de la mémoire
• Le format de son bus de donnée
1bit, 4bits, 8bits...
1 bit = information de base =  ou 
1 octet ( byte ) = 8 bits
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7
La mémoire vive : RAM
(Random Acces Memory)
La mémoire morte : ROM
(Read Only Memory)
Les mémoires 2/2
Il existe 2 types de mémoires
8
Mémoire Vive : RAM
9
La RAM est utilisée pour le
stockage de données temporaires.
(valeurs d’acquisition, résultats de calculs, etc.)
Dans la mémoire vive on peut lire et écrire.
La RAM est une mémoire volatile :
•Les données sont perdues à la mise hors tension.
•A la mise sous tension son contenu est aléatoire.
Il existe deux technologies de RAM :
•RAM statiques (cellule mémoire = bascule)
•rapide, capacité faible.
•RAM dynamiques (cellule mémoire = Condensateur)
•lentes (rafraîchissement) , grande capacité.
Mémoire morte : ROM
Dans la mémoire morte on ne peut que lire .
La ROM est une mémoire non volatile :
• Les données sont conservées
indéfiniment, même hors tension .
La ROM est utilisée pour le
stockage permanent du programme.
BIOS en ROM d ’une carte mère
(Basic Input Output System)
10
Les interfaces d ’entrée / sortie
Elles permettent d’assurer la communication entre le
microprocesseur et les périphériques.
(capteur, clavier, afficheur,imprimante, modem, etc.)
Il existe 2 types :
8 bits
disponibles
simultanément
• Parallèles
• Séries
Bus données 8 bits
Une seule
information à
la fois
11
Interfaces série et parallèle
12
Les bus 1/2
Bus des Données (bidirectionnel)
Bus de commande
Bus d ’adresses (unidirectionnel µP -> autres boîtiers)
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Sorties
13
Les bus 2/2
Le bus d’adresses est unidirectionnel. Microprocesseur  périphériques
Il permet la sélection des informations à traiter dans un
espace mémoire (ou espace adressable) qui peut avoir 2n emplacements,
avec n = nombre de conducteurs du bus d'adresses.
Le bus de commande (ou bus de contrôle)
Est constitué par quelques conducteurs qui assurent la
synchronisation des flux d'informations sur les bus de données et
d’ adresses.
Le bus de données est bidirectionnel.
14
Microprocesseur  périphériques
Il assure le transfert des informations entre le
microprocesseur et son environnement, et inversement.
Son nombre de lignes est égal au format des mots de
données du microprocesseur.
Du µP au µC
Entrées
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Entrées
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Microprocesseur, mémoires et ports sont des composants.
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
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15
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  • 1. Architecture d ’un système à MICROPROCESSEUR ©T.Berenguer Juin 2008
  • 3. Qui a inventé le microprocesseur ? quand ? En 1971 Un peu d ’histoire • Composant micro programmé • 4 bits • 2300 transistors • Horloge 100 Khz • Développé par INTEL pour BUSICOM 2
  • 4. Pourquoi un microprocesseur ? 3 • Intel a initialement produit des mémoires. •Busicom, fabricant japonais de machines à calculer, lui demande en 1969 de mettre au point douze circuits intégrés pour assurer les fonctions de ses machines. •Un ingénieur d’Intel, Ted Hoff, propose de concevoir un circuit intégré programmable unique pour réaliser l’ensemble de ces fonctions. •Busicom approuve cette solution. Le travail fut réalisé en neuf mois sous la direction de Federico Faggin. Le 4004 est né en 1971. C’est le premier microprocesseur. •Il a autant de puissance de calcul que l’ENIAC. Il utilise un « chemin de données à 4 bits » , ce qui le rend utilisable pour des automatismes ou des calculettes mais non pour construire un ordinateur. •Intel rachète pour 60 000 $ les droits de Busicom sur le 4004 (peu après, Busicom fit faillite). Il faut trouver d’autres clients. Intel se lance dans une communication active pour convaincre la profession d’écrire des logiciels pour le 4004 et de l’utiliser pour des automatismes comme le contrôle des feux de circulation.
  • 5. Organisation Bus Entrées Sorties Stockage • du programme • des données • Gestion du système • Exécution du programme • Communication • Adaptation électrique Microprocesseur  périphériques 4
  • 6. Rôle du microprocesseur µ P Le microprocesseur exécute un programme Il existe plusieurs langages de programmation : Assembleur ( langage machine) Langage évolué ( C , Basic , Java … ) Un programme est une suite d’instructions qui réalise une tache Une instruction est une opération simple Opération de lecture ou écriture en mémoire Opération logique ( ET, OU, décalage …) Opération arithmétique ( Addition, soustraction … ) 5
  • 7. Caractéristiques du µP •8bits •16bits •32bits •16 bits = 65.536 adresses •32 bits = 4.294.967.296 adresses Le format des données = Nombre de bit du bus de donnée La taille de l ’espace adressable = Nombre de bit du bus d ’adresse La puissance de traitement S’exprime en MIPS (Millions d’Instructions Par Seconde) •Etendu (CISC) • Réduit (RISC) Le jeu d ’instructions •Pd (w) fonction de la vitesse •Pd (w) fonction de la tension La puissance consommée 6
  • 8. Les mémoires 1/2 Une mémoire est un composant qui permet de stocker l ’information. Une mémoire est caractérisée par : • Sa capacité exprimée en Bit, Kbit , Mbit, Gbit ou octets, Ko, Mo, Go 1 Kilo = 210 = 1.024 1Méga = 220 = 1.048.576 1Giga = 230 = 1.073.741.824 •Son temps d ’accès Exprimé en ns, il renseigne sur la vitesse de la mémoire • Le format de son bus de donnée 1bit, 4bits, 8bits... 1 bit = information de base =  ou  1 octet ( byte ) = 8 bits         = 165 10 7
  • 9. La mémoire vive : RAM (Random Acces Memory) La mémoire morte : ROM (Read Only Memory) Les mémoires 2/2 Il existe 2 types de mémoires 8
  • 10. Mémoire Vive : RAM 9 La RAM est utilisée pour le stockage de données temporaires. (valeurs d’acquisition, résultats de calculs, etc.) Dans la mémoire vive on peut lire et écrire. La RAM est une mémoire volatile : •Les données sont perdues à la mise hors tension. •A la mise sous tension son contenu est aléatoire. Il existe deux technologies de RAM : •RAM statiques (cellule mémoire = bascule) •rapide, capacité faible. •RAM dynamiques (cellule mémoire = Condensateur) •lentes (rafraîchissement) , grande capacité.
  • 11. Mémoire morte : ROM Dans la mémoire morte on ne peut que lire . La ROM est une mémoire non volatile : • Les données sont conservées indéfiniment, même hors tension . La ROM est utilisée pour le stockage permanent du programme. BIOS en ROM d ’une carte mère (Basic Input Output System) 10
  • 12. Les interfaces d ’entrée / sortie Elles permettent d’assurer la communication entre le microprocesseur et les périphériques. (capteur, clavier, afficheur,imprimante, modem, etc.) Il existe 2 types : 8 bits disponibles simultanément • Parallèles • Séries Bus données 8 bits Une seule information à la fois 11
  • 13. Interfaces série et parallèle 12
  • 14. Les bus 1/2 Bus des Données (bidirectionnel) Bus de commande Bus d ’adresses (unidirectionnel µP -> autres boîtiers) Entrées Sorties 13
  • 15. Les bus 2/2 Le bus d’adresses est unidirectionnel. Microprocesseur  périphériques Il permet la sélection des informations à traiter dans un espace mémoire (ou espace adressable) qui peut avoir 2n emplacements, avec n = nombre de conducteurs du bus d'adresses. Le bus de commande (ou bus de contrôle) Est constitué par quelques conducteurs qui assurent la synchronisation des flux d'informations sur les bus de données et d’ adresses. Le bus de données est bidirectionnel. 14 Microprocesseur  périphériques Il assure le transfert des informations entre le microprocesseur et son environnement, et inversement. Son nombre de lignes est égal au format des mots de données du microprocesseur.
  • 16. Du µP au µC Entrées Sorties Entrées Sorties Microprocesseur, mémoires et ports sont des composants. Microcontrôleur  microprocesseur + mémoires + ports + ... 15 intégrés dans le même boîtier