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7/27/2019 Systeme a Microprocesseur - Beddouri
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Pr. Abdelali EL BDOURI
7/27/2019 Systeme a Microprocesseur - Beddouri
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Haut Niveau VS Bas Niveau
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Assembleur: philosophie et atouts
Lassembleur abrg ASM estle langage de programmationde plus bas niveau.
Un langage trop proche du
matriel oblige le
programmeur se soucier deconcepts proches dufonctionnement de la machine
langage de programmation :un code de communication,
permettant un tre humain
de dialoguer avec sa machine.
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Assembleur: philosophie et atouts
le terme "Assembleur" dsigne tour tour deuxchoses diffrentes:
Le langage de programmation de plus basniveau accessible facilement un humain.
Un logiciel transformant un fichier sourcecontenant des instructions, en un fichierexcutable que le processeur peutcomprendre.
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lassembleur : rien n'est parfait
Le programme est long etfastidieux crire.
Les programmes crits enassembleur sont trs peu
portables vers une autrearchitecture, existante ou future.
Raliser un programme completavec demande normmentd'efforts et d'exprience.
Difficult de localisation d'erreursau cours de la mise au point duprogramme.
le cot de dveloppement.
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lassembleur : Avantages.
la possibilit de faire toutet n'importe quoi avec lammoire. L'ASM n'a pas de
limite et de scurit.Autant il peut tre utile,autant il peut dtruire.
Les programmes faits enASM sont plus petits, plus
rapides et beaucoup plusefficaces que ceux faitavec des compilateurs.
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lassembleur : Avantages.
le seul langage permettant demodifier un programmecompil dont on na pas lessources (utiles pour le ReverseEngineering entre autres).
Possibilit d'intgration dansdes langages de plus hautniveau pour les partiesncessitant d'tre optimiser,d'ailleurs bon nombre delangages de programmationpermettent, afin de comblerleurs lacunes (vitessed'excution, accs auxpriphriques, etc.), d'appelerdes routines crites en
assembleur.
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lassembleur : Avantages.
Vu que lassembleur estqualifi comme tant lelangage de programmationle plus bas niveau, il dpenddonc fortement du type deprocesseur. Ainsi il n'existepas un langage assembleur,mais un langage assembleurpar type de processeur.
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Les diffrents systmes programmables
Les circuits spcialiss ou ASIC :(Application Specific IntegratedCircuit)
Les circuits spcialiss sont des
circuits spcialiss ds leurconception pour une application
donne (circuit sur mesure ).
exemples:
DSP (Digital Signal
Processor) processeur 3-D (carte
graphique)
contrleur de bus, ...
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Les diffrents systmes programmables
Les circuits spcialiss ou ASIC :(Application Specific IntegratedCircuit)
Avantages :
Trs rapide
Consommation moindre
Optimis pour une application
Inconvnients :
Possibilit d'volution limit
Cot
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Les diffrents systmes programmables
PLD (programmable logic device,circuit logique programmable):
Un circuit logique programmable,ou rseau logique programmable, estun circuit intgr logique qui peut
tre reprogramm aprs safabrication. Il est compos denombreuses cellules logiqueslmentaires pouvant tre librementassembl. (Wikipdia)
FPGA (field-programmablegate array, rseau de portesprogrammables in-situ),
PAL (programmable arraylogic, rseau logique
programmable),
...
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Les diffrents systmes programmables
PLD (programmable logic device,circuit logique programmable):
Avantages :
Forte modularit
Rapidit
Inconvnients :
Mise en uvre plus complexe
Cots de dveloppement
lev
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Les diffrents systmes programmables
Microprocesseur etMicrocontroleur :
Un microprocesseur constitue lecoeur de tout ordinateur: il
excute les instructions quicomposent les programmes quenous lui demandons dexcuter.
caractris par une trs grandeintgration et dot des facults
fonctionnelles dinterprtation etdexcution des instructions dunprogramme .
Microcontrleur=
Microprocesseur
+
priphriques
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Les diffrents systmes programmables
Microprocesseur etMicrocontroleur :
Avantages :
Mise en uvre simple.
Cots de dveloppement
rduits.
Inconvnients : Plus lent.
Utilisation sous optimale
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Elments de base dun systme microprocesseur :
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Elments de base dun systme microprocesseur :
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Elments de base dun systme microprocesseur :
Le microprocesseur:
Appel souvent Unit Centrale CPU qui prend en charge les calculsarithmtiques/ logiques lmentaires etles tests.
Lunit de mmoire:
Comprenant aussi bien de lammoire vive RAM que de lammoire morte ROM, EPROM, ...
Cette section reoit le programme etles donnes, ces derniers tant modifisau fur et mesure que se droule letraitement.
Cette section sert galement lammorisation des valeursintermdiaires et des valeurs finales descalculs raliss pendant lexcution du
programme.
Linterfaage Entre/Sortie:
Constitu de deux modules :
Le module dentre:
contient tous les dispositifs servant
prlever des informations et des
donnes de lextrieur du calculateur
et les transfrer dans sa mmoire.
Le module de sortie:regroupe tous les lments que lon a
prvu pour transfrer des donnes etdes informations du calculateur vers
le monde extrieur.
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Elments de base dun systme microprocesseur :
les bus:
Un bus de donnes :
Permettant les transfertsdinformations sur un faisceau de
plusieurs conducteurs parallles. Le
nombre de fil est lune descaractristiques essentielles delUC. En principe, la largeur du busde donnes est gale la taille desmots manipuls par lemicroprocesseur (8 bits, 16 bits, ...).
Un bus dadresses :
un ensemble de conduits paralllesunidirectionnel permettant de
pointer toutes les cases mmoiresadressables par le calculateurnumrique. Le nombre de lignes dece bus dtermine la taille maximalede la mmoire.
Un bus de commande et de
contrle :
Comportant :
Des lignes qui permettent lUC de spcifier la RAM ou aux
ports dentre et de sortie si elle
veut faire une criture ou une
lecture.
Des lignes utilises par lUCpour rpondre aux priphriques,
par exemple : acceptation dune
demande dinterruption ou dun
accs direct mmoire, ...
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Dfinition et volution des
microprocesseurs
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Dfinition
Un P est gnralement une puceintgre programmable renfermanttous les circuits de lunit decommande, des registres et de lunit
arithmtique et logique.
le microprocesseur regroupe uncertain nombre de transistorslmentaires interconnects,
caractris par une trs grandeintgration et dot des facultsfonctionnelles dinterprtation etdexcution des instructions dun
programme
Il se charge des fonctions suivantes:
Fournir les signaux desynchronisation et de commande tous les lments du calculateur.
Prendre en charge les instructionset les donnes en mmoire.
Transfrer les donnes entre lammoire et les dispositifsdEntre/Sortie et vice versa.
Dcoder les instructions desprogrammes.
Effectuer les oprations
arithmtiques et logiquescorrespondant aux instructions.
Ragir aux signaux de commandeproduits par les E/S comme lesignal dinitialisation (Reset),lessignaux correspondant auxinterruptions, ...
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Evolution :
le premier micro processeur a t
invent, en 1971, par Intel
le premier microprocesseur qui a
t commercialis, le 15
novembre 1971, est l'Intel 4004( 4-bits).
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Composants d'un microprocesseur
Les trois lments
Une unit arithmtique etlogique (UAL).
Une unit de commande(UC).
jeu de registres .
Ces trois lments sont relis
entre eux par un bus interne,
celui-ci permettant les changes
de Donnes entre les diffrentes
parties du microprocesseur
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Composants d'un microprocesseur
UAL:
Elle permet deffectuer les oprationsarithmtiques (+, -, *, /) et logiques(OR, AND, XOR).
Exemple de circuit : 74LS181, UAL4 bits
Ce circuit ralise des fonctionsarithmtiques et logiques sur A et B,avec le rsultat dans F.
Lopration est dtermine par M et
par les entres de slection S0, S1,S2, et S3 :
M=1 : 16 fonctions logiques
M=0 : 16 fonctions arithmtiques
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Composants d'un microprocesseur
Lunit de commande:
Elle permet de "squencer" ledroulement des instructions.Elle effectue la recherche en
mmoire de l'instruction, ledcodage, l'excution et la
prparation de l'instructionsuivante. L'unit de commandelabore tous les signaux de
synchronisation internes ouexternes (bus des commandes)au microprocesseur.
Son rle est :
denvoyer des signaux decontrle pour connecter les
registres au bus.
de superviser lefonctionnement de lUAL.
de donner des signauxdhorloge lensemble deP.
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Composants d'un microprocesseur
Jeu de registres:
Le jeu de registre contientl'ensemble des registres dumicroprocesseur.
Loges directement sur leprocesseur
ils sont en nombre trs limite.Certains d'entre eux sontaffects des oprations d'ordregnral et sont accessibles auprogrammeur tout moment.Nous disons alors qu'il s'agit deregistres gnraux.
D'autres registres ont des rlesbien plus spcifiques et nepeuvent pas servir un usagenon spcialis.
Enfin, d'autres registres sontinvisibles et par consquentinaccessible au programmeur.Ces registres ne sont accessiblesqu'au microprocesseur.
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Deux types de processeurs :
RISC : (Reduced Instruction Set
Computer)
Nombre d'instructions rduit
(slection des instructions
pour une excution plus
rapide)
Dcodage des instructionsplus rapide
CISC :( Complex Instruction Set
Computer)
Grand nombre d'instructions,
Type de processeur le plus
rpandu
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Structures des systmes P
Structure de Von Neumann Structure de Harvard
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Les lments de choix
Architecture :
ALU (8, 16, 32, 64 bits)
Structure du processeur
(Harvard, Von Neumann).
Type de processeur (RISC,CISC).
Taille des mmoires
programme et donne.
Nombre de ports
dentre/sortie.
Fonctionnalits :
Fonctions analogiques : CAN,
CNA, Comparateur, ...
Fonctions de communication :UART (Communication
srie), USB, I2C, ...
Facilit de programmation
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Les lments de choix
Mise en uvre, maintenance :
Cot de dveloppement :
outils de dveloppement,
formation, ...
Suivi du microcontrleur :
production suivie,
disponibilit, composant
obsolte, ...
Caractristiques lectriques :
Frquence dhorloge
Tensions dalimentation
Consommation dnergie,
Caractristiques physiques :
Type de botier : DIL, PLCC,
...
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Registres du CPU
Le nombre et le types des
registres que possde leCPU sont une partiedterminante de son
architecture et ont uneinfluence importante sur la
programmation.
Les registres les plusimportants:
Compteur ordinal(CO).
Registre d'instruction(RI).
Accumulateur (ACC).
Registres gnraux.
Registres d'index (XR).
Registre d'tat .
Registre pointeur depile.
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Compteur Ordinal (CO)
Le registre CO (Program counter"PC") contient toujours l'adressemmoire de la prochaine instruction excuter .
Le CO est automatiquementincrment aprs chaque utilisation.
Le programme est ainsi excut ensquence moins qu'il ne contienneune instruction modifiant la squence(ex :instruction de saut).
La taille du CO dpend du nombre depositions de mmoire adressables parle p.
Le programmateur n'a pas accsdirect au CO.
Ex:
(PC)=10000H ; il pointe la mmoire quicontient l'instruction MOV C,B qui est codesur deux octets (89 D9H) ; l'unit de
commande incrmentera de deux le contenu duPC : (PC) =10002H (la mmoire sera supposetre organise en octets).
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Registre dinstruction (RI)
Lorsque le CPU va chercher uneinstruction en mmoire, il la placedans le registre dinstruction (RI).
La taille de RI correspond la tailledu mot mmoire.
Sa valeur est dcode par undcodeur pour dterminerlopration excuter.
RI
Dcodeur
Squenceur
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Accumulateur (ACC)
Le registre le plus important delUAL
Dans la plupart des oprations
arithmtiques et logique ,laccumulateur contient un desoprandes avant l'excution et lersultat aprs.
Il a la mme taille que le motmmoire et le programmeur a unaccs direct l'accumulateur.
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Registres gnraux
Permettent de sauvegarderdes information frquemmentutilises pendant leprogramme ou des rsultats
intermdiaires pour viter desaccs la mmoireacclrant ainsi lexcution duprogramme.
Ils sont la disposition duprogrammeur qui peut lesutiliser avec les instructionsqui les manipulent :
Chargement dun registre partir de la mmoire oudun autre registre.
Enregistrement enmmoire du contenuregistre.
Transfert du contenuregistre dansl'accumulateur et vice-
versa. Incrmentation ou
dcrmentation d'unregistre.
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Registre dindex (XR)
Peuvent tre utiliss comme desregistre gnraux pour sauvegarderet pour compter.
Utiles pour la manipulation destableaux de donnes.
Utiliss dans le mode d'adressageindex.
Adresse effectivede loprande
=
Base(contenu de registre)
d'index
+Dplacement
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Registre dtat
Appel aussi registre condition.
Il contient diffrents bits appels
drapeaux (flags) indiquant l'tatd'une condition particulire dans leCPU.
Ces bits peuvent tre tests parprogramme et ainsi dterminer lasquence d'instructions suivre.(casdes branchement conditionnels)
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Registre pointeur de pile (SP)
Ce registre est utilis pour simulerune pile dans la mmoire, danslaquelle on rserve une zone mmoire.
Il contient l'adresse du sommet de lapile. Celle-ci est une partie de la
mmoire, elle permet de stocker desinformations (le contenu des registres)relatives au traitement desinterruptions et des sous-programmes.
La pile est gre en LIFO : (Last IN
First Out) dernier entr premier sorti.Le pointeur de pile SP pointe le hautde la pile, il est dcrment avantchaque empilement, et incrmentaprs chaque dpilement.
exemple:
PUSH A empilera le registre A et POPA le dpilera.
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Registre pointeur de pile (SP)
Question?
Que se passera-t-il durant
l'excution du programme
commenant en 12E30H?
Que vaudra SP et que
contiendra
la pile cette adresse,
la fin du programme?
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Registre pointeur de pile (SP)
Rponse.
Le programme commence parsauvegarder le contenu de Cdans la pile (PUSH C). Pour cela(SP) est dcrment de deux((SP)=31000H-2=30FFEH), puis
on effectue l'criture de (C) dansla mmoire l'adresse (SP) :(30FFEH) = 6142H.
Pour PUSH A on obtient :(30FFCH)=1234H, et pourPUSH B : (30FFAH)=2D5AH.
Pour l'instruction POP B, ((SP))est charg dans le registre B((SP)=30FFAH ; (B)=2D5AH)
puis (SP) est incrment de deux((SP)= 30FFAH+2=30FFCH).Enfin, pour POP A on obtient :(A)=1234H et (SP)=30FFCH +
2 = 30FFEH
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Structure dune instruction
Opcode Oprande instruction
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Structure dune instruction
Chaque ligne est compose de champs
Le champ tiquette, qui peut tre vide.
Le champ mnmonique (obligatoire)
Le champ oprande, par exemple EAX, BX, DH,CL, MonCompteur, 10 (normalementobligatoire)
Et dun champ commentaire, qui peut tre vide.
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Structure dune instruction
tiquette :
oUne instruction peut tre prcde d'unidentificateur qui reprsente l'adresse de
stockage de cette instruction. On appelle cetidentificateur une tiquette (label en anglais).
o Ie label permet un reprage plus ais
lintrieur du programme. Le nom du label estarbitraire. Vous pouvez le nommer comme avous chante tant qu'il est unique et ne viole pas
la convention de nom de lassembleur.
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Structure dune instruction
tiquette : rgles dcriture Par exemple vous ne pouvez pas prendre le mot 'MOV' comme
nom de label.
Nutilisez pas de labels qui peuvent tre confondus avec dautreslabels.
Evitez les lettres I, O, Z, et les chiffres 0, 1, 2.
Evitez aussi des labels tels que XXXX et XXXXX car on ne lesdiffrencie pas aisment.
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Structure dune instruction
Mnmonique :Un mnmonique dinstruction est un mot courtqui identifie une instruction.
Oprandes :La syntaxe assembleur Intel x86 dfinitloprande de gauche comme oprandedestination, celui dans lequel on trouve lersultat de linstruction. Loprande de droite estappel oprande source. Le champ oprande estun champ optionnel selon linstruction.
Une instruction peut avoir entre zro et troisoprandes.
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Structure dune instruction
Oprandes :
Dans la plupart des assembleurs, il ne peut yavoir quune seule instruction par ligne.Chaque oprande peut tre le nom dunregistre, une constante, une expressionconstante ou un emplacement
mmoire.(suivant le mode d'adressage)
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Structure dune instruction
Exemples
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I ntel 8086
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Description physique du 8086
Le microprocesseur Intel 8086 est un
microprocesseur 16 bits, apparu en 1978.
Cest le premier microprocesseur de la famille
Intel 80x86 (8086, 80186, 80286, 80386,
80486,Pentium, ...).
Il se prsente sous la forme dun botier DIP
(Dual In-line Package) 40 broches
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Description physique du 8086
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Schma fonctionnel du 8086
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Description et utilisation des signaux
du 8086 CLK: entre du signal dhorloge qui cadence
le fonctionnement du microprocesseur.
Ce signal provient dun gnrateur dhorloge :le 8284.
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Description et utilisation des signaux
du 8086 RESET : entre de remise zro du
microprocesseur. Lorsque cette entre est mise
ltat haut pendant au moins 4 priodesdhorloge, le microprocesseur est rinitialis :il va excuter linstruction se trouvant ladresse FFFF0H. Le signal de RESET est
fourni par le gnrateur dhorloge. READY : entre de synchronisation avec la
mmoire. Ce signal provient galement dugnrateur dhorloge.
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Description et utilisation des signaux
du 8086 TEST : entre de mise en attente du microprocesseurdun vnement extrieur.
MN/MX : entre de choix du mode de fonctionnementdu microprocesseur :
mode minimum (MN/MX = 1) : le 8086 fonctionne demanire autonome, il gnre lui-mme le bus decommande (RD, WR, ...) ;
mode maximum (MN/MX = 0) : ces signaux decommande sont produits par un contrleur de bus, le8288. Ce mode permet de raliser des systmesmultiprocesseurs.
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Description et utilisation des signaux
du 8086 NMI et INTR : entres de demande
dinterruption.
INTR : interruption normale.NMI (Non Maskable Interrupt) :interruption prioritaire.
INTA : Interrupt Acknowledge, indique que lemicroprocesseur accepte linterruption.
HOLD et HLDA: signaux de demande
daccord daccs direct la mmoire (DMA).
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Description et utilisation des signaux
du 8086 A16/S3 A19/S6 : 4 bits de poids fort du bus
dadresses, multiplexs avec 4 bits dtat.
AD0 AD15 : 16 bits de poids faible du bus
dadresses, multiplexs avec 16 bits de
donnes. Le bus A/D est multiplex(multiplexage temporel) do la ncessit dun
demultiplexage pour obtenir sparment les
bus dadresses et de donnes
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Description et utilisation des signaux
du 8086 Chronogramme du bus A/D :
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Description et utilisation des signaux
du 8086 Le dmultiplexage des signaux AD0 AD15:
Il se fait en mmorisant ladresse lorsquecelle-ci est prsente sur le bus A/D, laide
dun verrou (latch), ensemble de bascules D.
La commande de mmorisation de ladresse
est gnre par le microprocesseur : cest lesignal ALE, Address Latch Enable.
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Description et utilisation des signaux
du 8086 Le dmultiplexage des signaux AD0 AD15:Circuit de demultiplexage A/D :
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Description et utilisation des signaux
du 8086 Le dmultiplexage des signaux AD0 AD15:
Fonctionnement :
si ALE = 1, le verrou est transparent (Q = D) ;
si ALE = 0, mmorisation de la dernire
valeur de D sur les sorties Q;
les signaux de lecture (RD) ou dcriture (WR)ne sont gnrs par le microprocesseur que
lorsque les donnes sont prsentes sur le bus
A/D.
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Description et utilisation des signaux
du 8086 Le dmultiplexage des signaux AD0 AD15:
Exemples de bascules D : circuits 8282, 74373,
74573.
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Description et utilisation des signaux
du 8086 RD : Read, signal de lecture dune donne.
WR: Write, signal dcriture dune donne.
M/I O : Memory/Input-Output, indique si le 8086 adresse lammoire (M/IO = 1) ou les entres/sorties (M/IO = 0).
DEN : Data Enable, indique que des donnes sont en trainde circuler sur le bus A/D (quivalent de ALE pour lesdonnes).
DT/R : Data Transmit/Receive, indique le sens de transfertdes donnes :
DT/R = 1 : donnes mises par le microprocesseur(criture)
DT/R = 0 : donnes reues par le microprocesseur
(lecture).
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Description et utilisation des signaux
du 8086 Chronogramme des signaux DEN et DT/R
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Description et utilisation des signaux
du 8086 Utilisation des signaux DEN et DT/R :Il sont utiliss pour la commande de tampons de bus
(buffers)permettant damplifier le courant fourni par le
microprocesseur sur le bus de donnes.Exemples de tampons de bus : circuits transmetteurs bidirectionnels
8286 ou 74245.
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Organisation interne du 8086
Le 8086 est constitu de deux unitsfonctionnant en parallle :
lunit dexcution (EU : Execution Unit) .
lunite dinterface de bus (BIU : Bus
I nter face Uni t).
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Organisation interne du 8086
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Organisation interne du 8086
Rle des deux units :
lunit dinterface de bus (BIU) rechercheles instructions en mmoire et les range
dans une file dattente ; lunit dexcution (EU) excute les
instructions contenues dans la filedattente.
Les deux units fonctionnent simultanment,do une acclration du processusdexcution dun programme (fonctionnement
selon le principe du pipe-line).
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Organisation interne du 8086
Le microprocesseur 8086 contient 14 registres
rpartis en 4 groupes :
Registres gnraux : 4 registres sur 16 bits.
Registres de pointeurs et dindex : 4 registres sur 16 bits.
Pointeur dinstruction et indicateurs (flags) : 2 registres sur
16 bits.
Registres de segments : 4 registres sur 16 bits.
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Organisation interne du 8086