MICROPROCESSEUR-INTRODUCTION - Nerim

EXEMPLE D’ARCHITECTURE D’UN MICROPROCESSEURUNITÉ DE COMMANDEElle permet de "séquencer" le déroulement des instructions.Elle effectue la recherche en mémoire de l’instruction, le décodage,l’exécution et la préparation de l’instruction suivante.L’unité de commande élabore tous les signaux de synchronisation internesou externes (bus des commandes) au microprocesseur

UNITÉ ARITHMÉTIQUE ET LOGIQUE UAL OU ALUCet organe, interne au microprocesseur, permet la réalisation d’opérationsarithmétiques et logiques.L’ALU possède un additionneur n bits et des fonctions logiques. Dansl’exemple ci-dessous, une addition est effectuée entre le registre A et leregistre B. Le résultat est mis dans le registre S et la retenue dans labascule C.LES REGISTRESLes registres sont des cases mémoires placées au sein dumicroprocesseur.Deux type de registres :• Les registres d’usage général : ce sont des mémoires rapides, àl’intérieur du microprocesseur, qui permettent à l’UAL de manipuler desdonnées à vitesse élevée.• Les registres d’adresses : ce sont des registres connectés sur le busadresses.

EXÉCUTION D’UNE INSTRUCTIONDécodageLe registre d’instruction contient maintenant le premier mot del’instruction qui peut être codée sur plusieurs mots.Ce premier mot contient le code opératoire qui définit la nature del’opération à effectuer (addition, rotation,...) et le nombre de mots del’instruction.L’unité de commande décode le code opératoire et peut alors exécuterl’instruction.L’exécutionEXÉCUTION D’UNE INSTRUCTION1. Le micro-programme réalisant l’instruction est exécuté.2. Les indicateurs sont positionnés (registre d’état).3. L’unité de commande positionne le compteur ordinal (PC) pourl’instruction suivante..Après cette exécution, nous aurons C=B=1234H et PC = 10002H.

CARACTÉRISTIQUES D’UN PROCESSEURDeux paramètres principaux contribuent à identifier un processeur : sa fréquence et salargeur.La fréquence est un concept simple à comprendre, elle se mesure en mégahertz (MHz) etcorrespond au nombre de millions de cycles que le processeur est capable d’effectuer parseconde. Plus cette valeur est élevée et plus le processeur est rapide.La largeur d’un processeur est un concept un peu plus complexe, car le processeur possèdeen fait trois paramètres exprimés sous la forme d’une largeur :➠ le bus d’E/S de données;➠ les registres internes;➠ le bus d’adresses de mémoire.FRÉQUENCES DES PROCESSEURSLa vitesse d’horloge d’un ordinateur est mesurée sous la forme d’une fréquence, exprimée ennombre de cycles par secondes. Unoscillateur à cristal contrôle la fréquence d’horloge àl’aide d’un éclat de quartz (qui excité par un courant électrique oscillera d’une manièreparfaitement régulière).Le cycle est la plus petite unité de temps au niveau du processeur. Chaqueopération/instruction nécessite au minimum un cycle, et plus souvent plusieurs.Le temps d’exécution des instructions est variable : 12 cycles en moyenne pour les 8086 et8088, 4.5 cycles pour les 286 et 386, 2 cycles pour les 486 et 1à2cycles pour les Pentiums.➠ Il n’est pas possible de comparer des processeurs sur la seule base de leurs fréquences.La fréquence maximale des processeurs actuels est de 1GHz (le premier IBM PC équipé d’un8088 avait une fréquence de 4.77MHz)

FRÉQUENCE DE PROCESSEUR ET FRÉQUENCE DE CARTE MÈREIl existe un autre paramètre source de confusion dans l’évaluation des performances desprocesseurs. Depuis le 486DX2, tous les processeurs d’Intel (et compatibles) fonctionnent àune fréquence multiple de celle de la carte mère.Ainsi un Pentium III 600 ou un Pentium II 450 auront la même fréquence de bus à 100MHz,mais différeront dans leur facteur multiplicatif (¢ pour le 600 et ¢ pour le 450)Notes : Il est impossible de modifier le facteur multiplicateur d’un processeur donné. En effet,les fabricants (fondeurs) de microprocesseurs, dans le but de lutter contre l’overclocking, ontmis en place des mécanismes de vérification de la valeur de ce facteur, bloquant le CPU sicelui-ci ne correspond pas à la valeur indiquée par les spécifications . Il est par contre possiblede changer la vitesse du bus pour augmenter la vitesse du CPU (pour l’instant !!!).JEU D’INSTRUCTIONS D’UN PROCESSEURLe jeu d’instructions définit les commandes spécifiques que le CPU peut reconnaître.Le jeu de commandes écrites pour les processeurs de type x86 ne peut être interprété à l’étatnatif par un CPU PowerPC ou Sun.Le jeu d’instructions x86 destiné aux processeurs Intel et compatibles (Cyrix, AMD) consiste en147 opérations individuelles. Les programmateurs n’écrivent habituellement pas à ce niveaud’instructions (langage machine) mais utilisent un langage structuré comme le C, C++ ouPascal. L’environnement de programmation compile alors le programme en instructionsreconnaissables par le processeur.

CISC OU RISCCes termes décrivent la technologie adoptée par un processeur. Dans le monde PC, le CISCest le plus utilisé.Le CISC (Complex Instruction Set Computer) est une technologie basée sur un jeu de plus de200 instructions. La complexité de ces instructions fait que l’une d’entre elles peut prendreplusieurs cycles pour être exécutée.Le RISC (Reduced Instruction Set Computer) n’offre que 128 instructions, dites de base. Maisune instruction peut être exécutée en un seul cycle. L ’avenir des processeurs PC passeraforcément au RISC (cela implique la création de compilateurs complexes).Un processeur RISC peut atteindre une vitesse d’exécution jusqu’à 70% plus rapide qu’unCISC de même fréquence.MMX, SSE ET 3D-NOWMMX :L’ émergence en 1996 de processeur MMX permit d’ajouter 57 nouvelles instructions rendant leprocesseur beaucoup plus performant dans le domaine du multimédia. Les développeurscomme Microsoft durent modifier leur langage de programmation afin que les compilateurstirent avantage de ces nouvelles instructions MMX. Il en fut de même pour le Direct X dessystèmes d’exploitation Windows.SSE :Le PIII ou Katmaï apporte environ 72 nouvelles instructions afin d’améliorer le traitement en3D, la décompression vidéo et le traitement de la voix.3D-Now :AMD a développé un ensemble d’instructions étendues pour les K6-2 et K7 supprimant lanécessité d’adjoindre un co-processeur 3D dans le cadre des jeux 3D.