Les microprocesseurs A. Objectifs de la séquence: à l'issue de la séquence, il faut être capable de: •Comprendre le fonctionnement de la technologie 3 états •Déterminer l’adresse de différents boîtiers mémoires dans un système minimum.

B) Introduction La disponibilité de petits ordinateurs bon marché a rendu très attrayant le pilotage direct, par ordinateur, d’expériences et de processus ainsi que la collecte de données et les calculs. Logique de commande : Logique câblée : Fonctions ET, OU, RS,JK,séquenceur Logique programmée : Automate programmable,système minimum à μP

C) Elément de base d’un micro-ordinateur Un micro-ordinateur est constitué de plusieurs éléments dont le plus important est le microprocesseur.

C.1) Fonctions réalisées par un μP Un μP peut: Fournir les signaux de synchronisation et de commande à tous les éléments du micro-ordinateur. Prendre en charge les instructions et les données dans la mémoire Transférer les données entre la mémoire et les dispositifs E/S et vice versa Décoder les instructions Effectuer les opérations arithmétiques et logiques commandées par les instructions Réagir aux signaux de commande produits par les entrées sorties comme le signal RESET et les INTERRUPTIONS

C.2) Organisation interne d’un μP La logique interne est d'une très grande complexité on peut cependant schématiser et dire qu'elle comprend 3 sections comme le montre la figure ci-dessous.

L'UAL, pour sa part a pour tâche d'effectuer sur les données les opérations arithmétiques et logiques (ET,OU, décalages,incrémentation,décrémentation ect…).

La Section de registres contient les différents registres qui ont tous un rôle précis. Le plus important des registres est le pointeur d'instruction PC qui a pour rôle de savoir quelles sont les adresses des codes instructions qui doivent être pris en charge dans la mémoire Section de commande et de synchronisation: est de prendre en charge (récupérer) et décoder (interpréter) les codes instruction dans la mémoire contenant le programme (R/W,horloge,)

C.3) Les informations traitées par un μP La plus petite unité d'information dans un ordinateur est le bit. Un bit isolé ne nous apprend pas grand chose. C'est pour cela que l'on a choisi comme unité d'information dans un ordinateur un groupe de bits appelé mot. Le nombre de bits qui constitue un mot est le paramètre le plus souvent utilisé pour décrire un ordinateur. (8bits, 16bits, 32bits..). C.3.1) Types de mots machines. Un mot conservé dans une mémoire d'ordinateur peut correspondre à deux types d'informations. Une instruction ou une donnée.

a) Les données Les données sont des nombres ou des caractères que le programme du μP soumet à diverses opérations. Les données se présentent sous diverses formes: binaires signées, DCB,à virgule flottante, code ASCII. Exemples: Le nombre +86 dans un mot de 8bit 01010110 01010110 Code ASCII de la lettre V Les deux codes sont identiques l'ordinateur ne sait pas faire la différence entre les deux. C'est la tâche du programmeur de savoir quel type de données est mémorisé. QUESTIONS? Quel est l'avantage de disposer d'un ordinateur ayant un mot plus long ?

b) Mot instruction. Le format pour les données varie peu entre ordinateur différent c'est tout le contraire pour les mots intructions. Les mots instructions précisent deux éléments d'informations de bases. En conclusion le mot ci-dessus peut décrire 16 opérations différentes et retrouver 65536 adresses d'opérandes.

D) Structure type d’un micro-ordinateur.

D.1) Opération de Lecture et d'écriture a) Lecture

b) écriture

E) Connexions avec l'extérieur Exemple : Liaison entre un μP et une mémoire

E.1) Les risques de conflits sur le BUS de données Le bus de données est commun au μP. Pour éviter les conflits sur le BUS , un « 0 » et un « 1 » présent en même temps ) il convient de déconnecter électriquement , faute de pouvoir le faire physiquement , le boîtier non concerné par l’opération de transfert à réaliser. Ceci est possible grâce à 2 éléments La logique 3 états (tri-states) Le décodage d’adresses E1.1) La logique 3 états En dehors de l’état haut et de l’état bas, un circuit logique 3 états possède un état supplémentaire appelé état haute impédance.

Pour transmettre la donnée de la mémoire Table de vérité E A Y 1 Z Z(haute impédance) Application: Pour transmettre la donnée de la mémoire au PIA, il faut successivement : 1 Inhiber le PIA (CS=0) 2 Valider la mémoire 3 Inhiber la mémoire 4 Valider le PIA

E1.2) Le décodage d’adresses a) Sélection linéaire d’adresse. Cette méthode n’est valable que pour les petits systèmes. On utilise les bits hauts d’adresse pour valider ou inhiber les entrées « CHIP select » et « Output Enable » des périphériques d’état. Conséquences: Les adresses des positions mémoires du PIA et de la mémoire sont directement liées au choix des bits d’adressages. 1) Pour le PIA il est sélectionné par A15=0, A14=1 ; A13=1 2) Pour la mémoire A15=1

b) Décodage complet du Bus d’adresse. Les 16 bits du bus d’adresses seront utilisés pour chaque boîtier par l’intermédiaire de circuits à porte ou de décodeurs. Donner la zone d’adresse ou le boîtier est valide A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 adresse 1 X

•On utilise plus couramment des décodeurs : 1 parmi 4 , 1 parmi 8 ; 1 parmi 10 Exemple 74138 Si le circuit n’est pas valide, toutes les sortie sont à 1. Si le circuit est valide, seule la sortie correspondant au code binaire affiché en A0, A1, A2 passe à 0.

c) Exercices: Adresser 4 Eprom 2708 de 1Koctets chacune avec la sélection linéaire d’adresse. Préciser le plan mémoire de chacune. (Bus d’adresse de 16bits).

2) Résoudre le problème par décodage complet du bus d’adresse avec un décodeur 74138 .Préciser le plan mémoire de chacune.