Cours Microprocesseur Par Philippe Bancquart ¨

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1 Cours Microprocesseur Par Philippe Bancquart ¨
Termes techniques Cours Microprocesseur Par Philippe Bancquart

2 Technologies Un circuit intégré dont on intègre des millions de transistors. Intégration toujours plus forte ( 0,18 microns) Augmentation de la vitesse Maîtrise de la consommation Mais augmentation de la température, donc refroidissement. Loi de Moore : Doublement de la puissance et l ’intégration tous les 18 mois. 12/11/2018 Sujet : nom du document

3 BUS Internes Un BUS : Ensemble de fils sur lesquels circulent toutes les informations échangées entre les circuits constituant le micro-ordinateur Largeur de Bus 8, 16, 32, 64 bits Bus d ’adresses : Pointe une case mémoire, 32 adresse 4Go Bus de données : Bidirectionnel, pour accès au contenu d ’une case mémoire Bus de contrôle : communication interne en interconnectant et testant l ’ensemble des composants de la machine. 12/11/2018 Sujet : nom du document

4 Processeur CISC Microprocesseurs CISC (Complexe Instruction Set Computer) . Architecture de puce contenant un jeu d’instructions important (500) Ex : i80486, Pentium, MC68000, MC68040,... Certaines Instructions sont peu utilisées, mais « encombrent » pour la conception HardWare du processeur. Une instruction peut être sur plusieurs mots et de longueur variable 12/11/2018 Sujet : nom du document

5 RISC Microprocesseurs RISC (Reduced Instruction Set Computer) disposent d’un petit jeu d’instructions polyvalent (de 160 à 200 instructions), ce qui les rend plus rapide. Ex : i960, RS6000, DecAlpha,.. Il intègre au matériel les instructions les plus utilisées. Longueur des instructions constantes. 12/11/2018 Sujet : nom du document

6 Architecture d'un micro-ordinateur
12/11/2018 Sujet : nom du document

7 Composants supplémentaires
Des mémoires pour stocker les données et le programme. Des circuits d'entrées/sorties (E/S) et d'interface Des circuits annexes multiplexeurs, décodeurs, portes logiques Une horloge ("cadencement" et synchronisation de l'ensemble) Une alimentation 12/11/2018 Sujet : nom du document

8 types de programmation
Le Programme en langage binaire c'est le code objet, langage machine compris par le microprocesseur. Le programme en langage d'assemblage c'est le code source. Compilation : transforme le langage assemblage et code objet Une instruction est composée de 2 champs : Code opération (action exécutée par le processeur) Code opérande (paramètres) voir note bas page Plus agréable : le langage d'assemblage, à partir d'un clavier alphanumérique (alphabet + chiffres), on introduit les instructions sous forme symbolique mnémonique.En langage assemblage, on ecrit les instructions 12/11/2018 Sujet : nom du document

9 Performances des microprocesseurs
Les performances des microprocesseurs se mesurent au nombre d'instructions qu'ils peuvent traiter en une seconde 80 MiPs = 80 millions d'instructions par seconde Valeur différente de la fréquence de l’horloge car il n’y a pas une instruction par cycle Parfois 2 à 6 cycles. Mais technologie pipeline , multi bus en revanche améliorent. Flop : calculs scientifique, nombre d’opérations en virgule flottante par seconde. Les performances des microprocesseurs se mesurent au nombre d'instructions qu'ils peuvent traiter en une seconde. Exemple : 80 MiPs = 80 millions d'instructions par seconde. Cette valeur devrait être identique à la valeur de la fréquence de base du microprocesseur, mais celui-ci n'exécute pas toujours une instruction par cycle. Pour certaines instructions, il peut avoir besoin de 2 à 6 cycles, c'est pourquoi le nombre de Mips est souvent inférieur au nombre de MHz. En utilisant des techniques de traitement parallèle (ou pipe-line, en anglais) et des architectures de type multi-bus, certains microprocesseurs peuvent offrir des performances en Mips égales ou supérieures à leur fréquence d'horloge. Le flop est une unité de performance appliquée aux ordinateurs scientifiques dédiés au calcul numérique. Ceux-ci indiquent leur puissance de travail en Pops (Floating Point Operations per Second ou nombre d'opérations en virgule flottante par seconde). On parle plus exactement de Mflops (mégaflops) ou Gflops (Gigaflops). Enfin, il existe également le lips (Logical Inferences per second) ou nombre d'inférences logiques par seconde. 12/11/2018 Sujet : nom du document

10 Autres termes sur les microprocesseurs
SISD : Single Instruction Single Data stream (une seule instruction, une seule donnée). MISD, Multiple Instruction Single Data stream Technique du pipeline SIMD : Single Instruction Multiple Data stream (une instruction, plusieurs données). Superscalaire, vecteurs de data MIMD - Multiple Instruction Data stream (instruction multiples, données multiples) La mesure des performances des processeurs n'est cependant pas si simple. Elle pose deux problèmes : quelle unité de mesure, et sur quoi mesurer la performance. Il est généralement admis que la seule manière correcte d'apprécier les performances est la mesure du temps d'exécution sur des programmes réels pour des entrées déteminées. Les programmes spécifiques d'évaluation de performance ou benchmark et les unités de mesure comme le MIPS ou le Mflop ne peuvent que donner des ordres de grandeur de la performance réelle. Souvent, ces unités serviront à donner les performances maximales ou crête, que la machine ne peut dépasser. Même si on utilise le temps comme unité de mesure, il faut encore distinguer entre le temps passé par l'unité centrale pour l'exécution du programmme de l'utilisateur et le temps écoulé entre l'ordre de début d'exécution d'un programme et l'obtention des résultats, qui comprend en plus le temps utilisé par le système d'exploitation pour ses différentes tâches dont les entrées/sorties Le mode de fonctionnement classique consiste à faire effectuer, séquentiellement, un programme par la machine suivant la procédure décrite par John Von Neumann, le pionnier de l'informatique telle que nous la connaissons aujourd'hui. A tout instant du programme, une seule instruction, portant sur une seule variable ou un couple de variables , est exécutée. Si le traitement comporte plusieurs opérations, celles-ci doivent être effectuées séquentiellement, une opération ne pouvant commencer que lorsque la précédente est terminée. Une telle machine nécessite un seul processeur, un compteur d'instructions et une mémoire contenant, à la fois, les données et les instructions, abstraction faite des entrées/sorties. Selon la classification de Flynn, on donne à ce type d'architecture le nom de SISD : Single Instruction Single Data stream (une seule instruction, une seule donnée). Pour accélérer le traitement, une solution consiste à le répartir sur plusieurs processeurs. Il y différentes façons de procéder. La plus simple, équivalent du travail à la chaîne dans les usines, consiste à répartir, sur différents processeurs, le traitement portant sur une donnée : Recherche de l'instruction en mémoire Décodage de l'instruction Calcul de l'adresse de la donnée Recherche de la donnée en mémoire exécution de l'instruction sur la donnée Rangement de la donnée transformée en mémoire Une telle structure, dite MISD, Multiple Instruction Single Data stream, est plus connue sous le nom de "pipe-line", par analogie avec les canalisations où le carburant liquide entre, s'écoule et ressort à la sortie. Ce type d'architecture permet de multiplier la capacité de traitement par le nombre de processeurs mis bout ) bout, une fois la chaîne amorcée. L'avantage de cette structure par rapport à la SISD est qu'elle ne nécessite que peu d'accès à la mémoire, sachant que cette phase du traitement représente de 80 à 90 % du temps d'occupation du processeur. A l'inverse, il est souvent avantageux de faire effectuer simultanément la même instruction sur des données différents : on peut alors parler d'architecture parallèle. Dans ce cas de figure, les données sont intrinsèquement structurées en ensemble ordonnées et homogènes appelés "vecteurs", destinés à subir le même traitement. Toutes ces données arrivent simultanément dans un ensemble de processeurs élémentaires, dit "processeur vectoriel", où elles sont traitées en même temps selon une instruction unique. L'ensemble des processeurs élémentaires est coordonné par un superviseur. Ce parallélisme vectoriel est également appelé SIMD : Single Instruction Multiple Data stream (une instruction, plusieurs données). Le quatrième grand type d'architecture, dit parallélisme concurrent ou asynchrone, encore désigné par MIMD - Multiple Instruction Data stream (instruction multiples, données multiples) - se rencontre dans les problèmes décomposables en fonctions, pouvant travailler simultanément sur des ensembles distinct de données, tels que les méthodes de résolutions de systèmes d'équations par éléments finis. Plusieurs instructions différentes, portant chacune sur une donnée ou un groupe de données, sont exécutées indépendamment l'une de l'autre.   12/11/2018 Sujet : nom du document

11 BUS Internes Un BUS : Ensemble de fils sur lesquels circulent toutes les informations échangées entre les circuits constituant le micro-ordinateur Largeur de Bus 8, 16, 32, 64 bits Bus d ’adresses : Pointe une case mémoire, 32 adresse 4Go Bus de données : Bidirectionnel, pour accès au contenu d ’une case mémoire Bus de contrôle : communication interne en interconnectant et testant l ’ensemble des composants de la machine. 12/11/2018 Sujet : nom du document

12 Micro Ordinateur 12/11/2018 Sujet : nom du document

13 Liaisons Architecture d'un micro-ordinateur 12/11/2018
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