ISN : architecture matérielle 1. Icônes pour effacer ...· ISN : architecture matérielle « Les

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  • ISN : architecture matrielle

    Les microprocesseurs

    Objectif :

    Daprs le TP, prcdent, nous connaissons les principaux composants dun ordinateur.

    comment communiquent-ils entre eux, avec les priphriques ?

    Tout simplement, comment travaille un PC. Nous allons rentrer dans le corps dun

    ordinateur laide du logiciel Dauphin

    Lien : http://www.epsitec.ch/dauphin/

    I) Les composantes dun ordinateur

    Pour le moment, vous tes des programmateurs en langage JAVA (langage de haut niveau).

    Ce langage nest pas excutable directement par la machine. Pour excuter vos programmes,

    vous devez compiler votre code source.

    1) La reprsentation de lorganisation dun ordinateur repose sur modle darchitecture de la

    machine de Von Neumann. En recherchant sur internet, faites une synthse de ce modle

    illustr par un schma .

    http://eole.lyc-jean-moulin.ac-nice.fr/ISN_cours/co/module_ISN_5.html

    http://interstices.info/jcms/int_64540/le-modele-darchitecture-de-von-neumann

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Architecture_de_von_Neumann

    2) A laide dune recherche sur Internet , dfinir ce quest la procdure de compilation.

    http://eole.lyc-jean-moulin.ac-nice.fr/ISN_cours/co/module_ISN_5.html

    http://interstices.info/jcms/int_66090/a-propos-des-compilateurs

    En 1971, une invention rvolutionne lindustrie des gros ordinateurs;

    Intel russit graver le premier microprocesseur sur une petite

    plaquette de silicium. Cest le dbut de lre des microprocesseurs,

    qui ne vont cesser de se perfectionner.

    Avec ce simulateur, vous vous trouvez face un ordinateur rudimentaire, vierge de tout logiciel,

    qui ne sait strictement rien faire, exactement comme lpoque des pionniers de linformatique.

    Cest vous qui lui donnez toutes les instructions quil doit excuter, mme les tches les plus

    simples telles quafficher la valeur correspondant la touche presse doivent tre programmes.

    Vous acquerrez ainsi les bases de la programmation en langage machine , une chose presque

    totalement oublie de nos jours.

    Ouvrir le logiciel Dauphin :

    1. Icnes pour effacer, ouvrir ou

    enregistrer un programme.

    2. Choix des panneaux affichs en

    dessous. [BUS] affiche les bus

    dadresse

    et de donnes.

    3. Bouton principal [RUN/STOP]

    pour dmarrer ou arrter le

    processeur.

    4. Choix de la vitesse du processeur,

    en nombre dinstructions par

    secondes.

    5. Commutateur [CONT STEP]

    pour choisir le mode continu ou

    pas pas

    (step by step).

    6. Commentaires sur le programme

    ouvert.

    7. Rsum des instructions du

    microprocesseur.

    8. Clavier et affichage du Dauphin,

    activs par des accs bus et certaines

    instructions.

    II) Pour ne pas perdre la mmoire

    Un ordinateur moderne est compos de plusieurs milliards de transistors, qui ont la particularit

    de fonctionner en tout ou rien . Un transistor conduit llectricit ou ne la conduit pas.

    Linformation vhicule par un fil peut donc prendre deux tats : 0 ou 1, le systme binaire.

    La mmoire dun ordinateur est un composant essentiel. Cest l que sont stocks les donnes et

    les programmes. Aussi grande et complexe que soit la mmoire dun ordinateur, on ny effectue

    que deux oprations lmentaires, crire ou lire :

    Ecrire (write) consiste mettre une valeur dans la mmoire.

    Lire (read) consiste retrouver une valeur crite.

    Prenons par exemple une mmoire de 32 bits. Les mmoires sont souvent regroupes en octets.

    Notre mmoire sera donc compose de 4 octets (4 octets de 8 bits chacun, ce qui donne bien

    4x8 = 32 bits).

    On peut considrer cette mmoire comme une commode ayant 4 tiroirs.

    Les tiroirs sont numrots de 0 3, et chaque tiroir contient 8 bits.

    http://www.epsitec.ch/dauphin/http://eole.lyc-jean-moulin.ac-nice.fr/ISN_cours/co/module_ISN_5.htmlhttp://interstices.info/jcms/int_64540/le-modele-darchitecture-de-von-neumannhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Architecture_de_von_Neumannhttp://eole.lyc-jean-moulin.ac-nice.fr/ISN_cours/co/module_ISN_5.htmlhttp://interstices.info/jcms/int_66090/a-propos-des-compilateurs

  • Physiquement, notre mmoire de 32 bits serait relie

    au monde extrieur par 8 connections pour les donnes

    et 2 connections pour les adresses 0 3.

    Un ensemble de connexions est appel bus. On accde

    donc la mmoire avec un bus de donnes.

    Deux fils supplmentaires, appels Ecrit et Lit dans la figure ci-dessus, permettent dagir sur la

    mmoire :

    Une impulsion sur le premier fil crit la valeur prsente sur le bus de donnes dans le tiroir

    dsign par le bus dadresse.

    Une impulsion sur le deuxime fil place le contenu du tiroir choisi par le bus dadresse sur le

    bus de donnes; on lit la mmoire.

    Manip 1 La mmoire du Dauphin est bien plus grande que la mmoire de 32 bits 4 tiroirs vue plus

    haut.

    Elle comporte 2'048 tiroirs (soit un total de 16'384 bits), slectionns grce un bus dadresse

    de 11 bits (les ordinateurs actuels atteignent facilement un milliard doctets, autrement dit

    mille millions ou 1'000'000'000) !

    1. Slectionnez ladresse H0D2 (0000 1101 0010) avec les interrupteurs du bus dadresse.

    Les petites lampes et les trois afficheurs montrent cette valeur.

    2. Slectionnez la donne H17 (0001 0111) avec les interrupteurs du bus de donnes.

    Les petites lampes et les deux afficheurs continuent de montrer H00; cest normal, les

    donnes ne sont pas encore sur le bus.

    3. Pressez sur le bouton poussoir [W] (write = crire) en bas gauche.

    Pendant que le bouton est maintenu press, les petites lampes et les deux afficheurs

    montrent la valeur H17.

    Manip 2 Ecrivons la valeur H25 ladresse H0D3 :

    1. Slectionnez ladresse H0D3 (0000 1101 0011)

    2. Slectionnez la donne H25 (0010 0101)

    3. Pressez sur le bouton poussoir [W].

    Manip 3 Lisons la premire valeur stocke ladresse H0D2 :

    1. Slectionnez nouveau ladresse H0D2 (0000 1101 0010).

    2. Pressez sur le bouton poussoir [R] (read = lire). Tant quil est maintenu press, on peut lire

    la valeur 17 sur le bus de donnes. Vous pouvez presser [R] autant de fois que vous le

    dsirez, pour lire la valeur, qui ne changera pas tant que vous ncrirez pas une autre valeur.

    III) Les priphriques Pour interagir avec un ordinateur moderne, vous utilisez principalement un clavier, une souris et

    un cran. Ce sont des priphriques.

    Le clavier et la souris sont les moyens dont dispose lutilisateur pour dire lordinateur ce quil

    doit faire (utilisateur ordinateur). Lcran est le moyen dont dispose lordinateur pour

    communiquer avec lutilisateur (ordinateur utilisateur).

    Le Dauphin dispose de trois priphriques rudimentaires pour dialoguer avec lutilisateur :

    Un clavier de dix [NUM] ou quatre [ARR] touches (utilisateur Dauphin).

    Un affichage de quatre valeurs (Dauphin utilisateur).

    Un cran bitmap [DISPLAY] de 32 x 24 points (Dauphin utilisateur).

  • Question : vu que la mmoire du Dauphin comporte 2048 tiroirs, expliquer pourquoi le dernier

    interrupteur (bit11) du bus dadresse est inutile.

    En fait, il a bien une utilit prcise : laccs la mmoire morte et aux priphriques.

    Pour interagir avec un priphrique, il suffit dutiliser une adresse comprise entre HC00 et

    HC0F.

    A) Laffichage

    Manip 4

    1. Slectionnez ladresse HC00 (1100 0000 0000)

    2. Slectionnez la donne H07 (0000 0111)

    3. Pressez sur le bouton poussoir [W] (write = crire).

    Une sorte de J apparat sur lafficheur de gauche.

    En fait, chaque bit du bus de donnes correspond un segment de lafficheur. Il est ainsi possible

    dafficher toutes sortes de combinaisons tranges qui ne ressemblent rien. Les autres afficheurs

    sont accessibles avec les adresses HC01, HC02 et HC03 :

    Exprimentez ceci avec diffrentes adresses et diffrentes donnes,

    en appuyant chaque fois sur [W]. Vous pouvez ainsi afficher

    vraiment nimporte quoi.

    B) Lcran bitmap Lcran bitmap est lanctre des crans vido daujourdhui. Il permet

    dafficher 32 x 24 pixels monochromes.

    Pour voir lcran bitmap, cliquez sur le bouton [DISPLAY]. Les quatre

    afficheurs sept segments sont alors rduits, mais ils sont toujours

    fonctionnels.

    [CLS] (CLear Screen) efface lcran.

    [LCD] (Liquid Crystal Display) change la technologie de lcran simul.

    [CRT] (Cathode Ray Tube) revient une simulation de tube cathodique.

    Les adresses HC80 HCDF permettent daccder

    aux 32 x 24 = 768 pixels de lcran. Chaque pixel

    correspond un bit.

    La premire adresse HC80 (1100 1000 0000)

    correspond la ligne horizontale de huit points tout

    en haut gauche.

    La deuxime adresse HC81 correspond aux huit

    pixels sur la droite.

    Pour trouver loctet en dessous dun autre, il faut

    ajouter 4 ladresse.

    Dans une ligne horizontale de 8 pixels, le bit 7

    correspond au point de gauche, et le bit 0 celui de

    droite.

    Manip 5

    Le panneau de contrle permet de samuser allumer des points dans lcran.

    1. Pour dessiner un petit carr en haut gauche, crivez les donnes s