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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
