Les systèmes à microprocesseur

1. Support de cours Les systèmes à microprocesseur Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL «A quoi ça peut-il bien servir ?» Ingénieur chez IBM à qui l'on présentait une puce électronique, 1968.

2. 1. Histoire de l’électronique et de l’informatique Quelques dates clés La réplique du premier transistor Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL «Tout ce qui peut être inventé a été inventé.» Charles H. Duell, Délégué aux brevets Américains, 1899

3. 1. Histoire de l’électronique Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL

4. 1. Histoire de l’électronique Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL

5. 1. Histoire de l’électronique Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL

6. 1. Histoire de l’électronique Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL

7. 2. Les microprocesseurs et microcontroleurs Historique Intel® 4004 microprocessor Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL • «J'ai parcouru le pays de long en large et parlé avec les meilleurs personnes,et je peux vous assurer que l'informatique est une lubie qui ne durera pas plus d'un an.» • Editeur chez Prentice Hall, 1957.

8. 2. Les µprocesseurs et µcontroleurs Parti de 2300 transistors intégrés dans une puce en 1971 cadencé à 108 kHz (<0.5 mips) (Intel 4004), les µproc et µcontr actuels sont composé de 2 x 410 000 000 transistors cadencé à 3200 Mhz pour une puissance de calcul de 2 x 24 200 MiPS Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL

9. 2. Les µprocesseurs et µcontroleurs La finesse de gravure permettant des motifs de plus en plus petits, on arrive a intégrer de plus en plus de transistor par unité de surface : L’intérêt principal est la réduction de l’encombrement de la carte électronique avec toujours plus de puissance de calcul à cout constant. Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL

10. Mémoire de programme(ROM) Mémoire de donnée(RAM) 3. La logique programmée Unité de commande contre la logique câblée microprocesseur Unité Arithmétique et Logique Coupleurs d’E/S Etc.. Horloge Structure simplifiée d’une carte µprogrammée Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL • «Je pense qu'il y a un marché mondial pour environ 5 ordinateurs.» • Thomas WATSON, président d'IBM, 1943.

11. 3. La logique programmée • En logique câblée, les informations sont traitées en parallèle par autant d’opérateurs logiques qu’il est nécessaires. => Complexité de traitement limitée. • En logique programmée, un opérateur unique capable de réaliser plusieurs opérations (OU, ET, +, - , x, etc.) traite séquentiellement les informations en fonction des ordres élémentaires appelés des instructions.

12. 3. La logique programmée • AVANTAGES DE LA LOGIQUE PROGRAMMEE

13. 3. La logique programmée • Processus à base de µprocesseur = • Liste des instructions, rangée en mémoire • Élément capable d’effectuer ces instructionsle processeur • Moyens de recevoir/émettre des donnéesles interfaces ou périphériques • Des liaisons électriques entre ces organesles bus • Une horloge (cadence l’exécution)

14. Lors du fonctionnement du système le µP à besoin de stocker des variables temporaires (perdue a la coupure d’alimentation). La mémoire morte contient le programme que doit exécuter le µprocesseur. Elle peut également contenir les données constantes qui ne peuvent être modifiées. 3. La logique programmée • Architecture de base Mémoire de programme(ROM) Mémoire de donnée(RAM) Unité de commande microprocesseur Unité Arithmétique et Logique Coupleurs d’E/S Etc.. Le CPU gère les sous ensembles auquels il est relié. Elle opère au rytme de l’horloge. Le coupleur assure l’interfacage entre le µp et les periphériques externes. Horloge Périphériques

15. 3. La logique programmée • Différence entre un microprocesseur (CPU)et un microcontrôleur MicrocontrôleurPIC 16F876A

16. 3. La logique programmée • Le Décodage d’adresseC’est un élément indispensable au bon fonctionnement de la structure.En effet, tous les circuits (ROM, RAM, Périphériques) reçoivent le bus d’adresse (ou une partie) et le bus de données en commun.Si les circuits (et surtout les sorties) sont validés en même temps, ils vont fournir sur le bus de données certainement des données différentes. Il va y avoir un conflit de BUS.

17. 3. La logique programmée • Le Décodage d’adressePour éviter les conflits de bus, on met en place un décodeur d’adresse qui valide LE CIRCUIT avec lequel le µP veut communiquer (un seul à la fois). Au préalable on défini un PLAN MEMOIRE de l’espace adressable par le µP.

18. 3. La logique programmée • Exemple de plan mémoire $0003 Espace Libre Périphérique 1 $0000 $2000 RAM ROM Espace Libre Espace adressabledu µP (65536@) $4FFF

19. 3. La logique programmée • Adresse $93F7 => La ROM est sélectionnée. µP @ $93F7 Décodeur d’adresse • « 1 » CS • « 1 » CS CS • « 0 » CS • « 1 » Mémoire de programme(ROM) Mémoire de donnée(RAM) Etc.. Coupleurs d’E/S Périphériques

20. 3. La logique programmée Constitution d ’un µProcesseur (CPU) • Une unité d'instruction • (ou unité de commande, • en anglais control unit) • Elle lit les données arrivant, • les décode puis les envoie à • l'unité d'exécution. • (C’est elle qui assure la gestion de • l’ensemble au rythme de l’horloge) • L'unité d'instruction est constituée • des éléments suivants : • 1 - Le séquenceur(ou bloc logique • de commande) chargé de • Synchroniser l'exécution des • instructions au rythme de horloge. • Il est ainsi chargé de l'envoi des • signaux de commande ; • L'unité d'instruction est constituée • des éléments suivants : • 2.Compteur Ordinal (ou compteur • De programme PC) : • Il contient l'adressede • La prochaine instruction à exécuter ; • C’est un compteur de m bits (m=16 • pour un pic) qui est incrémenté • automatiquement à chaque • nouvelle instruction. • L'unité d'instruction est constituée • des éléments suivants : • 3. Registre d’instruction • contient l’instructionà exécuter • L'unité d’exécutionest constituée • des éléments suivants : • 1. Unité Arithmétique et Logique • (notée UAL ou en anglais ALU) • L’ALUassure les fonctions basiques • de calcul arithmétique et les • opérations logiques • (ET, OU, Ou exclusif, etc.) ; • L'unité d’exécutionest constituée • des éléments suivants : • 2. Unité a Virgule Flotante • (notée FPU, pour • FloatingPoint Unit) : • Elle accomplit les calculs • complexes non entiers que ne peut • réaliser l'unité arithmétique et • logique. • L'unité d’exécutionest constituée • des éléments suivants : • 3. Le Registre d’état • Il contient des informations sur • l’opération exécutée : • Exemple : Résultat null, Retenueetc… • L'unité d’exécutionest constituée • des éléments suivants : • 4. Le Registre Accumulateur • (W chez microchip, A et B chez • Motorola) • C’est un registre privilégié associé à • L’UAL. Toutes les données traitées • par le µP passent par lui. • L'unité de gestion de bus • (ou unité d'entrées-sorties), • gère les flux d'informations • entrant et sortant, • en interface avec la mémoire vive • du système ou des • autres périphériques;

21. 4. Les langages de programmation Exemple de langage évolué Sébastien BERNARD – LYCEE LACHENAL • «L'époque des PC est terminée..» • Lou Gerstner, Directeur d'IBM, 1998.

22. 4. Les langages de programmation • Un µP ne sait exécuter que des opérations arithmétiques et logiques élémentaires définies par son jeux d’instruction. • Le rôle du programmeur est donc d’analyser la tâche à accomplir pour la décomposer en une suite d’instruction à exécuter dans un ordre ordonné. Cet ensemble d’instructions constitue le programme.

23. 4. Les langages de programmation • Il existe plusieurs niveau de langage.

24. Prochaine étape :Découvrir le microcontrôleur PIC16F876A