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présentation du processeur Intel 4004.pptx
- 1. Institut Africain d’Informatique Etablissement inter-Etats d’Enseignement supérieur BP 2263 Libreville (Gabon) Tél.22 72 99 58/ 22 72 99 57 Site web: www.iaisiege.net E-mail: contact@iaisiege.net EXPOSE D’ARCHITECTURE DE BASE PRESENTATION DU PROCESSEUR INTEL 4004 ENSEIGNANT: Dr Pierre MOUKELI Docteur en informatique (Maitre Assistant) PRÉSENTÉ PAR: NDONG Léon André BIBANG BI NDONG Marina MBA ESSONO Christ Ferroll BOUNZANGA MBOUISSOU Alex-Derlin GROUPE 4
- 2. PLAN Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Brochage Introduction Architecture du processeur Intel 4004 Conclusion
- 3. Introduction Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Jusqu’au début des années 1970, les composants d’un processeur ne tenant pas sur un seul CI En 1971, la société américaine Intel réussit à placer tous les composant dans un unique CI Cette miniaturisation a permis : • D’augmenter les vitesses de fonctionnement des processeurs • De réduire les coûts • D’augmenter la fiabilité • De créer des ordinateurs bien plus petits • De réduire la consommation énergétique
- 4. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 1968, fondateurs d’Intel : Robert Noyce et Gordon Moore fabrication de puces mémoire. 1969, Busicom : Calculatrice Besoin de concevoir un ensemble de puce 1971, Conception du microprocesseur : Ted Hoff, Federico Faggin et Stan Mazor Unité centrale de traitement: 4004 (CPU) Mémoire morte : 4001 (ROM) Mémoire vive : 4002 (RAM) Registre à décalage : 4003 (E/S).
- 5. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Premier chiffre 2xxx, des puces NMOS 3xxx , les microcircuits bipolaires 4xxx, les microprocesseurs à bits 5xxx, la puce CMOS 7xxx, la mémoire 8xxx, Les microprocesseurs et microcontrôleurs 4004 Catégorie du produit
- 6. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Second chiffre 0 - processeur 1 - puce ram 2 - contrôleurs 3 - puce rom 4 - décalage des registres 5 - puce EPLD 6 - puce PROM 7 - puce EPROM 8 - puces observation et circuit synchronisation à impulsions des générateurs 4004 Indiquant le type de produit
- 7. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Troisième et quatrième chiffre 4004 Numéro de série
- 8. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Le 4001 est une ROM (mémoire morte) Famille MCS-4 de puces LSI
- 9. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Le 4002 est une RAM (mémoire à accès aléatoire) Famille MCS-4 de puces LSI
- 10. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Le 4003 est un registre à décalage statique Famille MCS-4 de puces LSI
- 11. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Le 4004 Premier processeur (CPU) Famille MCS-4 de puces LSI
- 12. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Le 4004 Premier processeur (CPU) Spécifications techniques • La fréquence d'horloge maximale est de 740 kHz • Temps de cycle d'instruction : minimum 10,8 s • Temps d'exécution des instructions 46250 à 92500 instructions par seconde. • Programme séparé et stockage de données. • Capable d'adresser direct 5120 bits (640 octets) de RAM • Capable d'adresser direct 32 768 bits de ROM, 4096 mots de 8 bits • Le jeu d'instructions contenait 46 instructions • Le jeu de registres contient 16 registres de 4 bits chacun • Pile de sous-programmes interne , 3 niveaux de profondeur.
- 13. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Le 4004 a 16 broches qui sont utilisées pour les E/S, le contrôleur de mémoire, les phases d'horloge
- 14. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Une UAL Un registre d'instruction Décodeur Registres internes Gestion d'adresses Ensemble de bus
- 15. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Mémoire Registres Entrée et sortie Instructions de décodages UAL
- 16. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004 Accumulateur Registre Temp Registre généraux Pointeur de pile Compteur de programme UAL Flags Registre et décodeur d’instructions Unité de synchronisation et de contrôle
- 17. Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004
- 18. Conclusion Introduction Histoire de Intel 4004 Pourquoi 4004? Famille et caractéristiques Conclusion Brochage Architecture du processeur Intel 4004
Notes de l'éditeur
- Jusqu’au début des années 1970, les différents composants électroniques formant un processeur ne pouvaient pas tenir sur un seul circuit intégré, ce qui nécessitait d’interconnecter de nombreux composants dont plusieurs circuits intégrés. En 1971, la société américaine Intel réussit, pour la première fois, à placer tous les composants qui constituent un processeur sur un seul circuit intégré donnant ainsi naissance au microprocesseur. Cette miniaturisation a permis : D’augmenter les vitesses de fonctionnement des processeurs, grâce à la réduction des distances entre les composants ; De réduire les coûts, grâce au remplacement de plusieurs circuits par un seul ; D’augmenter la fiabilité : en supprimant les connexions entre les composants du processeur, on supprime l’un des principaux vecteurs de panne ; De créer des ordinateurs bien plus petits : les micro-ordinateurs ; De réduire la consommation énergétique.
- Le concept de microprocesseur a été créé par la Société Intel. Cette Société, créée en 1968 par Robert Noyce et Gordon Moore, était spécialisée dans la conception et la fabrication de puces mémoire. En 1969, Busicom (conception de calculatrice) a demandé à Intel de concevoir un ensemble de puces à utiliser dans une nouvelle calculatrice haute performance. En 1970, Ted Hoff, Federico Faggin et Stan Mazor (ingénieurs à Intel) ont proposé une conception impliquant une unité centrale de traitement, 4004 (CPU), une mémoire morte : le 4001 (ROM), une mémoire vive : le 4002 (RAM) et un registre à décalage : le 4003 (E/S). Le CPU devait finalement être appelé un microprocesseur. A partir de cette date, un rythme très rapide d’évolution s’est installé. De nombreux autres modèles sont apparus, de plus en plus puissants et de plus en plus complexes. Ce rythme d’évolution s’est maintenu sans fléchir jusqu’à aujourd’hui (loi de Moore).
- Les premiers produits de Intel sont devenus la puce mémoire (PMOS - puces), qui a été assigné numérotation 1xxx. Dans la série 2xxx, des puces NMOS ont été développées. Les microcircuits bipolaires ont été affectés à la série 3xxx. Les microprocesseurs à bits ont reçu la désignation 4xxx. La puce CMOS a reçu la désignation 5xxx, La mémoire sur les domaines magnétiques - 7xxx, Les microprocesseurs et microcontrôleurs appartiennent à la série 8xxx. Les séries 6xxx et 9xxx n'ont pas été utilisées.
- Le second chiffre indiquant le type de produit : 0 - processeur, 1 - puce ram, 2 - contrôleurs, 3 - puce rom, 4 - décalage des registres, 5 - puce EPLD, 6 - puce PROM, 7 - puce EPROM, 8 - puces observation et circuit synchronisation à impulsions des générateurs,
- Le troisième et quatrième chiffre correspond numéro série du conposant, ainsi que la façon de travailler. C’est alors que le microprocesseur a reçu le nom 4004.
- La fréquence d'horloge maximale est de 740 kHz . Le 4004 avait cette valeur d'horloge maximale lors de sa sortie initiale de 1971 Temps de cycle d'instruction : minimum 10,8 s [31] (8 cycles d'horloge / cycle machine) Temps d'exécution des instructions 1 ou 2 cycles machine (10,8 ou 21,6 s), 46250 à 92500 instructions par seconde. Programme séparé et stockage de données. Contrairement aux conceptions d' architecture de Harvard , cependant, qui utilisent des bus séparés , le 4004, avec son besoin de réduire le nombre de broches, utilise un seul bus multiplexé à 4 bits pour le transfert : Capable d'adresser directement 5120 bits (équivalent à 640 octets) de RAM, stockés sous forme de 1280 "caractères" de 4 bits et organisés en groupes représentant 1024 "données" et 256 caractères "état" (512 et 128 octets). [Note 3] Capable d'adresser directement 32 768 bits de ROM, équivalents et organisés en 4096 mots de 8 bits (c'est-à-dire octets). [Note 4] Le jeu d'instructions contenait 46 instructions (dont 41 avaient une largeur de 8 bits et 5 avaient une largeur de 16 bits) Le jeu de registres contient 16 registres de 4 bits chacun Pile de sous-programmes interne , 3 niveaux de profondeur.
- Voici une liste de ce que l'on peut principalement trouver dans un processeur : Une UAL pour effectuer des opérations arithmétiques et logiques. Un registre d'instruction associé à un décodeur permettant de décomposer et d'organiser l'exécution de l'instruction. Un certain nombre de registres internes, pour stocker temporairement des données ou les bits de conditions. Un système de gestion d'adresses, permettant la localisation des informations, qu'elles soient données ou instructions. Un ensemble de Bus, permettant de véhiculer soit des données, Bus de données, soit des adresses, Bus d'adresse, soit des informations permettant de contrôler ces transferts, Bus de contrôle. Et tout cela est cadencé par une horloge, dont la fréquence est connue sous le nom de fréquence du processeur.
- Lorsque vous lancez un programme sur votre ordinateur, il est chargé en mémoire. Il se compose d'une série d'instructions. L'exécution d'un programme implique de récupérer chaque instruction du programme en séquence et d'exécuter cette instruction. Sur le diagramme, vous pouvez voir un compteur de programme , un registre d'instructions et une boîte de registres . Tous ces éléments sont des registres. En fait, la boîte Registers n'est pas un registre unique mais une collection de registres à usage général différents, Les registres sont simplement des cellules de mémoire qui peuvent contenir un nombre. Les entrées peuvent être des éléments tels qu'un clavier, une souris, un câble réseau ou un disque dur. Habituellement, les entrées sont traitées comme si elles étaient des emplacements de mémoire. L'instruction lue depuis la mémoire n'est qu'un nombre à 4 chiffres. Il doit être interprété pour exécuter une tâche. Ceci est fait par le décodeur . L'instruction est envoyée au décodeur via le bus de données bleu. Une fois que le décodeur a décodé une instruction, il activera et désactivera une ou plusieurs de ses lignes de commande de lecture sortantes. Ainsi, lorsque l'étape suivante consiste à lire l'instruction de programme suivante, c'est le décodeur qui ouvre la vanne au registre d'instructions. L'unité logique arithmétique (ALU) est le calculateur du microprocesseur (CPU). Ces opérations sont relativement faciles à réaliser électroniquement avec des transistors ainsi que mécaniquement avec des engrenages.
- Accumulateur L’accumulateur est un registre à 4 bits. Il contient une des données à traiter par l’unité arithmétique et logique UAL. Il stock également le résultat de l’opération. L’accumulateur est également appelé registre A. L’accumulateur est connecté au 4 bits interne du bus de donnée. La flèche bidirectionnelle entre l’accumulateur et le bus indique qu’elle permet à l’accumulateur d’envoyer ou de recevoir des données. La sortie à 2 états de l’accumulateur pilote l’UAL. Registre Temp Le registre temporaire reçoit l’une des données à traiter par l’UAL à partir de la mémoire externe ou des registres à usage général. L’autre entrée pour l’UAL provient du registre temporaire. Ce registre à 8 bits stocke les opérandes des opérations de logique arithmétique. Registre généraux Dans le microprocesseur Intel 4004, il existe 16 registres généraux de 4 bits (0-15). Ils peuvent être utilisés individuellement ou combinés en paires de registres pour effectuer des opérations. Pointeur de pile Le pointeur de pile est un registre utilisé comme pointeur mémoire. Il conserve l’adresse du dernier octet entré dans la pile. La pile est la portion de RAM. Le pointeur de pile est décrémenté chaque fois que les données sont chargées dans la pile et est incrémenté lorsque les données sont extraites de la pile. Compteur de programme Ce registre traite le séquencement de l’exécution des instructions. Ce registre est aussi un pointeur mémoire. Le microprocesseur utilise ce registre pour séquencer l’exécution des instructions. La fonction du compteur de programme est de pointer l’adresse de la prochaine instruction à exécuter. A la fin de l’exécution d’une instruction le compteur du programme est incrémenté de 1 pointant vers le prochain emplacement mémoire où la prochaine instruction est disponible. Unité arithmétique et logique UAL L’UAL effectue des opérations arithmétique et logique sur des mots de 4 bits (incrémentation et décrémentation, addition et soustraction, décalages, ajustement décimal et propagation de la retenue …). Comme indiqué le contenu de l’accumulateur et du registre temporaire sont les entrées de L’UAL. Le résultat de l’UAL est ensuite stocké dans l’accumulateur. Flags Le registre des drapeaux est un groupe de registre individuelles. Le contenu du registre des flags changera de 0 ou 1 après l’exécution des opérations arithmétiques et logiques. Registre et décodeur d’instructions Le registre et décodeur d’instruction est un registre de 4 bits. Lorsqu’une instruction est extraite de la mémoire, elle est chargée dans le registre d’instructions. Le décodeur d’instructions décode le contenu du registre d’instructions. Il détermine également l’opération à suivre pour exécuter l’ensemble de l’instruction et dirige l’unité de temporisation et de contrôle en conséquence. Unité de synchronisation et de contrôle La section de synchronisation et de contrôle du microprocesseur comprend un oscillateur et un contrôleur de séquences. L’oscillateur génère les signaux d’horloge sur 2 phases qui synchronisent tous les registres. Le contrôleur de séquences produit également des signaux de contrôle nécessaires pour le contrôle interne et externe. Il est contient un microprogramme. Il possède une ROM qui stocke toutes les micro-routines nécessaires à l’exécution des instructions.
- L’ère de l’électronique intégrée débutait, avec pour pierre angulaire quelques millimètres carrés de silicium intégrant une CPU complète autour de laquelle se développeront une myriade d’applications. Le micro-processeur a permis d’accroître la fiabilité et la puissance des équipements électroniques traditionnels, en réduisant simultanément leurs coûts. Il ouvre également le champ des possibles : intégrer de l’électronique à un prix désormais accessible dans une multitude d’appareils né d’une explosion d’applications encore inconnues en 1971. A l’époque on savait construire des machines qui étaient nécessairement des machines spécialisées. Le microprocesseur a permis de passer au général. Au lieu de chaque fois inventer un schéma logique on programme les instructions nécessaires à l’application. Le 4004, aube de la troisième révolution industrielle, a ouvert la voie aux générations suivantes de microprocesseurs Intel et à des applications toujours plus sophistiquées. Le 4004 : 2300 transistors ; le 8008 : 3500 transistors ; le 8080 : 6000 transistors, etc. Aujourd’hui les microprocesseurs intègrent des milliards de transistors. Gordon Moore avait vu juste en énonçant la loi de Moore. Le microprocesseur, minuscule mais omniprésente présence, bien au-delà de l’informatique. Impact vertigineux que ces 12mm² ont eu sur nos vies et l’histoire de l’humanité.