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Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Architect

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Architecture des ordinateurs 1 chapitre 1: Généralités sur les microprocesseurs et les microcontrôleurs Classes LISI Plan du Cours Microcontrôleur ou Microprocesseur ? Architecture interne: Von Neumann Architecture interne: Harvard? 2 Plan de l’Exposé Microcontrôleur ou Microprocesseur ? Architecture interne: Von Neumann Architecture interne: hARVARD 3 L’évolution technologique Progrès de l ’intégration Le nombre de structures intégrées à un seul composant est de plus en plus important. Le nombre de circuits utilisés est ainsi réduit. Microcontrôleur ou Microprocesseur ? Progrès de la miniaturisation réduction de l’espace occupé, du poids, des prix, de la consommation d’énergie, de la consommation de matière, etc. 4 Microcontrôleur ou Microprocesseur ? Considérons dans un premier temps le système minimum à microprocesseur 6809. Seul, le 6809 ne peut pas fonctionner. Il requiert différentes ressources qui sont: •Une mémoire programme (ROM, PROM, EPROM...). •Une mémoire données (RAM). •Une interface d ’entrées / sorties (PIA). •Différents bus d’interconnection. •Un décodeur d’ adresse. Le Microprocesseur 6809 Le 6809 est un microprocesseur 8 bits de Motorola. Il fut introduit vers 1977-1978. Système minimum à 6809 microP 6809 ROM RAM PIA Décodeur 5 Les systèmes micro-programmés (Exp : Tel Portable) ne peut pas être géré par un système minimum à microprocesseur 6809. •Microprocesseur •RAM •EPROM •PIA •Décodeur 5 circuits différents!!! Trop encombrant!!! Système minimum à microprocesseur 6809 Microcontrôleur 1 seul circuit!!! Solution Microcontrôleur ou Microprocesseur ? 6 Les microcontrôleurs améliorent l'intégration et le coût (lié à la conception et à la réalisation) d'un système à base de microprocesseur en rassemblant ces éléments essentiels dans un seul circuit intégré . Un système à base de microprocesseur se trouve donc pénalisé par : La nécessité de prévoir l'interconnexion de ces composants (bus) ; La place occupée physiquement par les composants et les moyens d'interconnexion ; la consommation énergétique ; la chaleur dégagée ; le coût financier. Microcontrôleur ou Microprocesseur ? 7 Microcontrôleur ou Microprocesseur ? Comparaison Microprocesseur/Microcontrôleur 8 Exemple d’un système à base d’un Microcontrôleur Les microcontrôleurs sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles ou domestiques. Emission IR de la commande FP3 Saisie touche FP1 Reconnaissance touche Génération commande FP2 Exemple : Télécommande infrarouge Microcontrôleur ou Microprocesseur ? 9 Les microcontrôleurs sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles ou domestiques. Exemple d’un système à base d’un Microcontrôleur La fonction FP1 a pour rôle de prendre en compte l ’appui sur une touche et de transmettre le code correpondant à la fonction FP2. La fonction FP2 a pour rôle d ’identifier la touche à l ’aide du « code touche » et de générer le signal commande associé. La fonction FP3 se charge de convertir et émettre le signal de commande sous forme de signal infra-rouge. Code touche Commande Signal IR Appui touche Emission IR de la commande FP3 Saisie touche FP1 Reconnaissance touche Génération commande FP2 Exemple : Télécommande infrarouge Microcontrôleur ou Microprocesseur ? 10 Les microcontrôleurs sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles ou domestiques. Exemple d’un système à base d’un Microcontrôleur Exemple : Télécommande infrarouge Code touche Commande Signal IR Appui touche Emission IR de la commande FP3 Saisie touche FP1 Reconnaissance touche Génération commande FP2 La fonction FP2 « Reconnaissance touche et génération commande » est réalisée par une structure micro-programmée. C ’est ici un microcontrôleur qui se charge, par l’exécution de son programme, de faire l’acquisition du signal « code touche », et de générer de signal de commande correspondant. Microcontrôleur ou Microprocesseur ? 11 Plan de l’Exposé Microcontrôleur ou Microprocesseur ? Architecture interne: Von Neumann ou Harvard 12 Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? Architecture interne Microcontrôleur Les microcontrôleurs ainsi que bien d ’autres structures sont construites autour d ’un autre type d ’architecture: Architecture Harvard. Microprocesseur La majorité des structures micro-programmées utilisent une architecture classique appelée: Architecture Von Neumann. Architecture Von Neumann Architecture Harvard 13 Architecture Von Neumann Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? Prenons le cas du système minimum à 6809. Son architecture est de type Von Neumann. Sa mémoire de programme contient comme son nom l’indique le programme à exécuter. Contenu de la mémoire de programme John Von Neumann : est un mathématicien et physicien américano-hongrois. 14 Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? LDA NOP ADDA SWI #$07 #$10 Instruction Opérande source Après assemblage, chaque instruction et chaque opérande codée sur un octet (8 bits) est rangée dans une case de la mémoire. Contenu de la mémoire de programme 12 86 07 8B 10 3F ... ... ... objet Considérons l’exemple du programme source suivant. La mémoire contient donc successivement les instructions et les opérandes du programme . Architecture Von Neumann 15 Afin d ’exécuter le programme, le microprocesseur doit lire dans l’ ordre le contenu de chacune des cases mémoires. Pour cela, chacun des octets de la mémoire est acheminé vers le microprocesseur, via le bus de données. Architecture Von Neumann Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? 12 86 07 8B 10 3F ... ... ... objet MicroP Bus de données 16 Architecture Von Neumann Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? Conclusion: Dans le cas d’ une architecture Von Neumann, le traitement d’une instruction et son opérande nécessite donc la lecture d’au moins deux cases mémoires (3 si l’opérande est codé sur deux octets). Cela correspond à une durée de 2 ou 3 cycles machine. 12 86 07 8B 10 3F ... ... ... objet MicroP Bus de données 17 Architecture Harvard Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? Les microcontrôleurs ont une architecture appelée Harvard qui présente de nombreux avantages. Les différences avec les architectures Von Neumann résident essentiellement dans: • la mémoire de programme • les bus. Contenu de la mémoire de programme Harvard : vient du nom de l’Université Harvard (Implantée sur le premier grand calculateur Mark І). 18 Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? Contenu de la mémoire de programme Comme précédemment, ce programme est composé d’instructions et d’opérandes. Cependant, une case mémoire peut ici contenir à la fois une instruction et son opérande. La mémoire de programme des microcontrôleurs contient bien entendu le programme à exécuter. Architecture Harvard 19 Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? Contenu de la mémoire de programme MOVLW FF CLRW ADDLW 01 MOVWF 05 Instruction Opérande source Considérons l’exemple du programme source suivant. Après assemblage, chaque instruction et son opérande sont codées sur un mot binaire (12 ou 14 bits) puis rangées dans une mot mémoire. Chaque mot de la mémoire contient donc: •l’ instruction à exécuter. •L’opérande associée. 0100 30FF 3E01 0085 objet ... ... ... ... ... Architecture Harvard 20 Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? 0100 30FF 3E01 0085 objet ... ... ... ... ... Afin d’exécuter le programme, l’unité de calcul doit ensuite lire le contenu de chacune des mots de la mémoire. Chaque mot binaire contenu dans la mémoire de programme est alors acheminé vers un décodeur d’instructions. Le rôle de ce décodeur est de séparer pour chacun des mots binaires, l’instruction et la donnée (opérande). Architecture Harvard Unité de calcul Décodeur d’ instructions donnée instruction 21 Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? Architecture Harvard 0100 30FF 3E01 0085 objet ... ... ... ... ... Les instructions et les données sont ensuite acheminées simultanément vers l’unité de calcul par l’intermédiaire de deux bus différents. instruction donnée Unité de calcul 0100 30FF 3E01 0085 objet ... ... ... ... ... Décodeur d’ instructions Bus de DONNEES Bus d’ INSTRUCTIONS 22 Architecture interne: Von Neumann ou Harvard? Architecture Harvard Conclusion: Dans le cas de l’architecture Harvard que possèdent les microcontrôleurs, la lecture d’un seul mot mémoire permet le traitement entier d’une instruction et de son opérande. Un seul cycle machine est donc nécessaire. instruction donnée Unité de calcul 0100 30FF 3E01 0085 objet ... ... ... ... ... Décodeur d’ instructions Bus de DONNEES Bus d’ INSTRUCTIONS 23 uploads/Ingenierie_Lourd/ chap1-lisi-generalites-up-et-uc.pdf