Le document traite de l'architecture interne des processeurs, en décrivant les unités arithmétiques et logiques, l'unité de commande, et les étapes d'exécution des instructions. Il présente également les types d'instructions et les modes d'adressage qu'un processeur peut utiliser. Enfin, il détaille le processus d'exécution d'une instruction à travers plusieurs phases allant du chargement à l'exécution, en passant par le décodage.

1. Université Saad Dahleb de Blida
Faculté des Sciences
Département d’Informatique
Licence Génie des Systèmes Informatique (GSI)
Semestre 3 (2ème année)
CHAPITRE II
ARCHITECTURE INTERNE
DES
PROCESSEURS
Cours n°2: 23 Octobre 2013
AROUSSI Sana
Disponible sur https://sites.google.com/a/esi.dz/s-aroussi/

2. PLAN DU CHAPITRE II
 Introduction
 Unité
Arithmétique et Logique (UAL)
 Unité
de Commande (U.C)
 Jeu
d’instruction
 Étapes
d’exécution d’un instruction
2

3. INTRODUCTION

Un programme est un ensemble d’instructions exécutées
dans un ordre bien déterminé.

Un programme est exécuté par un processeur (machine).

Pour
comprendre
le
mécanisme
d’exécution
d’un
programme  il faut comprendre le mécanisme de
l’exécution
d’une
instruction

il
faut
connaître
l’architecture du processeur sur lequel va s’exécuter cette
instruction.
3

4. INTRODUCTION
ARCHITECTURE DE VON NEUMANN (1946)
Unité Centrale
4

5. INTRODUCTION
VU DÉTAILLÉ DE L’ARCHITECTURE D’UN PROCESSEUR
BUS d’Adresse
BUS d’Adresse interne
Unité de
Traitement
Bus de
commande
Unité de
Commande
Bus de
commande
BUS de données interne
BUS de Données
5

6. INTRODUCTION
REGISTRES

Pour assurer leur fonctionnement l’unité de traitement (Partie
opérative) et l’unité de commande (Partie contrôle), on utilise des
mémoires très rapides appelés registre

En règle général, dans le contexte d’un processeur particulier, les
registres sont associés à des noms court (ou mnémonique) indiquant
leur rôle dans une architecture de processeur
Nom
Désignation
RI
Registre Instruction
ACC
Registre Accumulateur
RAM
Registre Adresse Mémoire
PC
Compteur Programme
RE
Registre d’Etat
6

7. INTRODUCTION
REGISTRES DU TRAVAIL

Le microprocesseur peut contenir d’autres registres autre que
RI, ACC, RAM, PC et RE.

Ces registres, appelés registres de travail, sont considérés
comme une mémoire interne du microprocesseur.

Les registres de travail sont plus rapide que la mémoire
centrale , mais leur nombre est limité.

Généralement, ces registres sont utilisés pour sauvegarder les
données avant d’exécuter une opération.

Généralement, la taille d’un registre de travail est égale à la
taille d’un mot mémoire
7

8. INTRODUCTION
EXEMPLE DE MICRO ARCHITECTURE
8

9. INTRODUCTION
Registres de
travail
LA MACHINE PÉDAGOGIQUE MIASM
Unité de
traitement
Unité de
commande
9

10. UNITÉ DE TRAITEMENT
Est dédié à contenir le résultat d’une
opération réalisée par l’UAL
ACCUMULATEUR
Registre d’état
UAL
Bus de
contrôle
Registres de travail
Bus de Données
10

11. UNITÉ DE TRAITEMENT
U.A.L

L’unité Arithmétique et Logique (UAL) est un circuit
complexe assurant:

les fonctions logiques (ET, OU, XOR, Comparaison, Décalage).

les fonctions arithmétique (Addition, soustraction)

Les opérandes sont dans les registres de travail

Les résultats sont mis dans l’accumulateur
11

12. UNITÉ DE TRAITEMENT
U.A.L

Reçoit deux opérandes A (An . . . A1 A0) et B (Bn . . . B1 B0)
et produit le résultat S (Sm . . . S1 S0) selon l'indication
appliquée sur l'entrée C (Ck . . . C1 C0).
12

13. UNITÉ DE TRAITEMENT
REGISTRE D’ÉTAT

Le registre d’état est composé de quelque bits (8 bits en
général):

Les bit sont considérés individuellement.

Chaque bit est un indicateur de l'état du résultat de la dernière
opération effectuée par l’UAL.


Les bits sont appelés: indicateur d’état, flag, drapeaux.
Le résultat du test de leur état conditionne le déroulement de la
13
suite d’un programme

14. UNITÉ DE TRAITEMENT
EXEMPLE D’INDICATEURS DU REGISTRE D’ÉTAT
C
S
O
Z
P
Bit
Indication
C (Carry)
Bit de la retenue
S (Sign)
Bit du signe
O (Overflow)
Bit de débordement
Z (Zero)
Résultat nul
P ( Parity)
Bit de Parité
14

15. UNITÉ DE COMMANDE
Bus d’adresse
Compteur Programme (PC)
UAL
Séquenceur
Décodeur
Registre d’Instruction (RI)
Horloge
Bus de Données
15

16. UNITÉ DE COMMANDE
COMPTEUR DE PROGRAMME

Le compteur de programme, appelé aussi Compteur
Ordinal (CO), est un registre contenant toujours
l’adresse de la prochaine instruction à exécuter:
 Initialisé avec l'adresse de la première instruction à exécuter du
programme.

Mis à jour avec incrémentation d’une valeur ou chargement d’une
valeur
16

17. UNITÉ DE COMMANDE
REGISTRE D’INSTRUCTION

Le registre d’instruction contient l’instruction en cours
d’exécution
Séquenceur
Décodeur
Code Instruction
Informations pour l’instruction
Registre d’Instruction (RI)
17

18. UNITÉ DE COMMANDE
SÉQUENCEUR

Le Séquenceur (contrôleur) Organise l'exécution des
instructions au rythme de l’horloge

Il élabore tous les signaux de commande des diverses
parties du processeur en fonction du code de l’instruction
18

19. Cours n°3: 30 Octobre 2013

20. JEU D’INSTRUCTIONS

Chaque processeur possède un certain nombre limité d’instructions
qu’il peut exécuter. Ces instructions s’appelles jeu d’instructions.

Le jeu d’instructions décrit l’ensemble des opérations élémentaires
que le processeur peut exécuter.

Les instructions peuvent être classifiées en 4 catégories :

Instruction d’affectation

Instructions arithmétiques et logiques ( ET , OU , ADD,….)

Instructions de branchement ( conditionnelle et inconditionnelle )
20

Instructions d’entrées sorties.

21. JEU D’INSTRUCTIONS
FORMAT D’INSTRUCTION

L’instruction est composée de deux champs :

Code
d’opération
représentant
l'action que le
processeur
doit
accomplir.

Champ des opérandes définissant les paramètres de l'action. Un
opérande peut s'agir d'une donnée ou bien d'une adresse mémoire.
Code opération
N bits

Opérandes
K bits
La taille d’une instruction dépend du type de l’instruction et du type
de l’opérande.

Les instructions et leurs opérandes sont stockés dans la mémoire.
21

22. JEU D’INSTRUCTIONS
EXEMPLE DU FORMAT D’INSTRUCTION

Instruction à trois opérandes: Il faut préciser le premier
opérande, le deuxième opérande et l’emplacement du résultat
Code opération
Exemple: ADD A,B, C
Opérande1
ADD
Opérande2
A
B
Résultat
C
CA +B
La taille de l’instruction est grand  Pratiquement il
22
n’existent pas d’instruction de ce type.

23. JEU D’INSTRUCTIONS
EXEMPLE DU FORMAT D’INSTRUCTION

Instruction à deux opérandes: Il faut préciser le premier
opérande et le deuxième opérande. Le résultat est implicitement
mis dans le deuxième opérande .
Code opération
Exemple: ADD A,B
ADD
Opérande1
A
Opérande2
B
BA +B
23

24. JEU D’INSTRUCTIONS
EXEMPLE DU FORMAT D’INSTRUCTION

Instruction à un opérande: il faut préciser uniquement le
deuxième opérande. Le premier opérande existe dans le registre
accumulateur. Le résultat est mis dans le registre accumulateur.
Code opération
Exemple ADD B
ADD
Opérande
B
ACC ACC +B
24
Ce type d’instruction est le plus utilisé.

25. JEU D’INSTRUCTIONS
MODE D’ADRESSAGE
Code opération
N bits

Opérandes
K bits
Le mode d’adressage définit la manière dont le
processeur va accéder à l’opérande.

Le code opération comporte un ensemble de bits pour
indiquer le mode d’adressage.

Les modes d’adressage les plus utilisés sont : immédiat,
direct, indirect, indexé et relatif.
25

26. JEU D’INSTRUCTIONS
ADRESSAGE IMMÉDIAT

La valeur de l’opérande existe dans le champ opérande de
l’instruction
Code opération
Exemple :
ADD
valeur
150
ADD 150
Cette commande va avoir l’effet suivant :
ACCACC+ 150
Si le registre accumulateur contient la valeur 200 alors
après l’exécution son contenu sera égale à 350
26

27. JEU D’INSTRUCTIONS
ADRESSAGE DIRECT

Le champs opérande contient l’adresse de l’opérande (emplacement
en mémoire )

Code opération
adresse de l’opérande
Pour réaliser l’opération, il faut récupérer (lire) l’opérande à partir de la
mémoire.
Exemple :
ADD 150
ADD
150
Cette commande va avoir l’effet suivant :
ACCACC+ (150)
ACCACC+ 30
Si le registre accumulateur contient la valeur 200
alors après l’exécution son contenu sera égale à 230
30
150
27

28. JEU D’INSTRUCTIONS
ADRESSAGE INDIRECT

Le champs opérande contient l’adresse de l’adresse de l’opérande.
Code opération

adresse d’adresse de l’opérande
Pour réaliser l’opération, il faut d’abord récupérer l’adresse de l’opérande à
partir de la mémoire, ensuite, chercher l’opérande à partir de la mémoire.
Exemple :
ADD
ADD 150
150
Cette commande va avoir l’effet suivant :
ACCACC+ ((150))
ACCACC+ (255)
150
255
255
40
ACCACC+ 40
Si le registre accumulateur contient la valeur 200
alors après l’exécution son contenu sera égale à 240
28

29. JEU D’INSTRUCTIONS
ADRESSAGE INDEXÉ

Le champs opérande contient l’adresse absolue de l’opérande.
L’adresse effectif de l’opérande est relatif à une zone mémoire. L’adresse
de cette zone se trouve dans un registre spécial appelé registre index.

Adresse opérande = ADR + R_Index
Code opération
adresse absolue de l’opérande
Registre d’index
50
ADD
150
Adresse absolue
+
200
Adresse effectif
30
29

30. JEU D’INSTRUCTIONS
ADRESSAGE RELATIF

Le champs opérande contient l’adresse absolue de l’opérande.
L’adresse effectif de l’opérande est relatif à une zone mémoire. L’adresse
de cette zone se trouve dans un registre spécial appelé registre de
base.

Code opération
adresse absolue de l’opérande
Ce mode d’adressage est utilisée pour les instructions de branchement.
Adresse opérande = ADR + R_Base
Registre de base
100
BR
130
Adresse absolue
+
230
Adresse effectif
ADD
200
30

31. Cours n°4: 6 Novembre 2013

32. ÉTAPES D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION
Phase 1
Phase 2
Phase 3
Phase 4
Phase 5
•Rechercher (ou charger) l’instruction à traiter
•Décoder l’instruction chargée
•Rechercher (ou charger) l’opérande
•Exécuter l’instruction
•Passer à l’instruction suivante
32

33. ÉTAPES D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION
PHASE 1 : CHARGER L’INSTRUCTION À TRAITER
1.
Mettre le contenu du CO dans le registre RAM : RAM CO
2.
Commande de lecture à partir de mémoire
3.
Transfert du contenu du RIM dans le registre RI: RI RIM
1
CO
2001
Bus d’adresse
2
Lecture
Bus de commandes
RAM
100
150
......
2001
Instruction 1
2002
Instruction 2
2003
Instruction 3
RIM
33
RI
3
Instruction 1
Bus de données

34. ÉTAPES D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION
PHASE 2 : DÉCODER L’INSTRUCTION

Le code d’opération la nature de l'opération à effectuer (addition,
soustraction,...) et le nombre de mots de l'instruction

A la base du code de l’instruction le séquenceur élabore une suite de
commandes élémentaires
Les commandes élaborées à chaque cycle
d’horloge
Séquenceur
horloge
Résultat du décodage
Décodeur
Code Opération
Registre d’Instruction
34

35. ÉTAPES D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION
PHASE 3 : CHARGER L’OPÉRANDE

Si l'instruction nécessite une donnée qui se trouve en mémoire, le
séquenceur émet les commandes pour récupérer cette donnée.
RAM  RI. ADR
ACC
ADD
Séquenceur
Lecture
Addition en
mode direct
Registre de
150
données (RD)
Décodeur
RI
100
RAM
UAL
100
150
......
2001
Instruction 1
2002
Instruction 2
2003
Instruction 3
RIM
ADD 100
ACC  ACC + (100)
35
UAL  RIM

36. ÉTAPES D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION
PHASE 4 : EXÉCUTER L’INSTRUCTION
Les bits d’état sont positionnés
S = 0, Z = 0, .....
Etat
Aprés l’exécution: ACC =200
ACC  ACC + RD
ACC = 50
UAL
RD = 150
ADD
36

37. ÉTAPES D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION
PHASE 5 : PASSER À L’INSTRUCTION SUIVANTE

Le Compteur Ordinal (CO) est mis à jour avec l’adresse de
l'instruction suivante.
CO  CO + 1
CO
2002
2001
UAL
100
RAM
ACC
150
......
Registre de
données (RD)
Décodeur
RI
ADD (2002)
Instruction 1
2002
Instruction 2
2003
Séquenceur
2001
Instruction 3
RIM
37

38. ÉTAPES D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION
DÉROULEMENT DE L’INSTRUCTION D’ADDITION EN MODE DIRECT
ADD ADR
Phase 1 : Charger l’instruction
• RAM CO
• Lecture
• RI RIM
Phase 2: Décoder l’instruction
Phase 3: Charger l’opérande
• RAMADR
• Lecture
• RDRIM
Phase 4: Exécuter l’instruction
• ACC ACC + RD
Phase 5: Passer à l’instruction suivante
• COCO + 1
38

39. ÉTAPES D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION
DÉROULEMENT DE L’INSTRUCTION D’ADDITION EN MODE IMMÉDIAT
ADD VALEUR
Phase 1 : Charger l’instruction
• RAM CO
• Lecture
• RI RIM
Phase 2: Décoder l’instruction
Phase 4: Exécuter l’instruction
• RDvaleur
• ACC ACC + RD
Phase 5: Passer à l’instruction suivante
• COCO + 1
39

40. ÉTAPES D’EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION
DÉROULEMENT DE L’INSTRUCTION D’ADDITION EN MODE INDIRECT
ADD ADR
Phase 1 : Charger l’instruction
• RAM CO
• Lecture
• RI RIM
Phase 2: Décoder l’instruction
Phase 3: Charger l’opérande
• RAMADR
• Lecture
• RAMRIM
• Lecture
• RDRIM
Phase 4: Exécuter l’instruction
• ACC ACC + RD
Phase 5: Passer à l’instruction suivante
• COCO + 1
40

41. SOURCES DE CE COURS

Djamal BENNOUAR, Cours Architecture des Ordinateurs 1,
Département Informatique, Faculté des Sciences, USDB, 2012.

Amrouche Hakim, Cours d’Architecture des ordinateurs, École
nationale
Supérieure
d’Informatique
(ESI),
Alger,
Année
universitaire 2011/2012. Disponible sur http://amrouche.esi.dz/
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