7/21/2019 4 2 Le Processeur

http://slidepdf.com/reader/full/4-2-le-processeur 1/4

LE PROCESSEUR 

Qu'est-ce qu'un microprocesseur ? 

Le premier microprocesseur (Intel 4004) a été inventé en 1971. Depuis, la puissance desmicroprocesseurs augmente exponentiellement. uels sont donc ces petits morceaux de silicium !uidirigent nos ordinateurs"

Le processeur (CPU, pour Central Processing Unit ) est le cerveau de l#ordinateur, c#est lui !ui exécuteles instructions stoc$ées en mémoire. %outes ces opérations permettent de manipuler des in&ormationsnuméri!ues, c#est''dire des in&ormations codées sous &orme inaire. *our réaliser ces traitements, lemicroprocesseur poss+de un ensemle d#instruction, appelé  jeu d'instructions-, c#est''dire uneimplémentation p/si!ue de ces instructions grce des circuits électroni!ues. *lus exactement, le eud#instructions est réalisé l#aide de semi'conducteurs, petits interrupteurs- utilisant l#e&&et transistor,découvert en 1947 par John Barden, Walter H. Brattain et William Shockley  !ui re2urent le prix 3oel en195 pour cette découverte. Il existe ainsi plusieurs millions de ces microconducteurs sur un seulprocesseur 6

a!ue t/pe de processeur poss+de son propre eu d#instruction. 8n distingue ainsi les &amilles deprocesseurs suivants, possédant cacun un eu d#instruction !ui leur est propre

• x:5

• ;<=

• I;'54

• =I*>

• =otorola 5:00

• *o?er*

• >*;<

7/21/2019 4 2 Le Processeur

http://slidepdf.com/reader/full/4-2-le-processeur 2/4

ela expli!ue !u#un programme réalisé pour un t/pe de processeur ne puisse &onctionner directement surun s/st+me possédant un autre t/pe de processeur, moins d#une traduction des instructions, appeléeémulation. Le terme d#émulateur- est utilisé pour désigner le programme réalisant cette traduction.

Eléments constitutifs d'un microprocesseur 

Les éléments principaux d#un microprocesseur sont

• @ne horloge !ui r/tme le processeur. Antre deux tops d#orloge le processeur e&&ectue une

action. @ne instruction nécessite une ou plusieurs actions du processeur. ;insi plus l#orloge aune &ré!uence élevée, plus le processeur e&&ectue d#instructions par seconde (l#unité retenuepour caractériser le nomre d#instructions traitées par unité de temps est généralement le MIPS,Millions d'instructions par seconde).*ar exemple un ordinateur a/ant une &ré!uence de 100 =B e&&ectue 100 000 000 d#actions parseconde. ertaines instructions utiliseront plusieurs c/cles d#orloge pour Ctre réalisées.

• @ne unité de gestion des bus !ui g+re les &lux d#in&ormations entrant et sortant

• @ne unité d'instruction !ui lit les données arrivant, les décode puis les envoie l#unité

d#exécution.

• @ne unité d'exécution !ui accomplit les tces !ue lui a données l#unité d#instruction.

Le processeur travaille en &ait grce un nomre tr+s limité de &onctions (A% logi!ue, 8u logi!ue,addition ...), celles'ci sont directement clées sur les circuits électroni!ues. Il est impossile de mettretoutes les instructions sur un processeur car celui'ci est limité par la taille de la gravure, ainsi pourmettre plus d#instructions il &audrait un processeur a/ant une tr+s grande sur&ace, or le processeur estconstitué de silicium et le silicium cote cer, d#autre part il cau&&e eaucoup. Le processeur traite doncles in&ormations compli!uées l#aide d#instructions simples.

e parallélisme 

Le parallélisme consiste exécuter simultanément sur des processeurs di&&érents des instructionsrelatives un mCme programme. ela se traduit par le découpage d#un programme en plusieursprocessus !ui seront traités par des processeurs di&&érents dans le ut de gagner en temps d#exécution.

ela nécessite toute&ois une communication entre les di&&érents processus. #est le mCme principe de&onctionnement !ue dans une entreprise le travail est divisé en petits processus traités par des servicesdi&&érents et !ui ne servent rien si la communication entre les services ne &onctionne pas (ce !ui estgénéralement le cas dans les entreprises...).

e pipelining 

Le pipelining est un principe simple comprendre. Il permet de mettre disposition du microprocesseurles instructions !u#il va devoir e&&ectuer. Les instructions sont mises en &ile d#attente- (d#oE le nom deFpipelineF) dans la mémoire cace. ;insi, pendant !ue le microprocesseur exécute une instruction, lasuivante est mise sa disposition.

Le pipelining permet donc en !uel!ue sorte de &aire empiéter la &in d#une instruction sur le déut de la

suivante. An e&&et, une instruction se déroule selon trois pases

7/21/2019 4 2 Le Processeur

http://slidepdf.com/reader/full/4-2-le-processeur 3/4

• !écupération de la donnée (notée   pour etch) recerce en mémoire de l#instruction, mise

our du compteur ordinal G

• "écodage (noté ! pour !ecode) otention des calculs &aire, des éléments de données

concernés G

• Exécution (notée "  pour "#ecute) calcul proprement parler.

Dans une structure non pipelinée, il &aut 9 temps pour &aire H instructions 1'D1'A1'J'DJ'AJ'H'DH'AH (dans l#ordre cronologi!ue)

Dans une structure pipelinée idéale, on réalise plusieurs pases en mCme temps, ceci étant possile enmettant les résultats des di&&érentes pases dans des registres tampon 1 ' D1KJ ' A1KDJKH ' AJKDH ' AH (dans l#ordre cronologi!ue)

Il su&&it ainsi de temps uni!uement. eci n#est cependant pas touours possile, pour des !uestions dedépendance d#une instruction vis''vis du résultat de la précédente...

l'architecture C#$C 

L#arcitecture C#$C (Comple# Instruction Set Computer , ce !ui signi&ie Fordinateur avec eud#instructions complexesF) est utilisée par tous les processeurs de t/pe x:5, c#est''dire les processeurs&ari!ués par Intel, ;=D, /rix, ...Les processeurs asés sur l#arcitecture I> peuvent traiter des instructions complexes, !ui sontdirectement clées sur leurs circuits électroni!ues, c#est''dire !ue certaines instructions di&&iciles créer partir des instructions de ase sont directement imprimées sur le silicium de la puce a&in degagner en rapidité d#exécution sur ces commandes.L#inconvénient de ce t/pe d#arcitecture provient ustement du &ait !ue des &onctions supplémentairessont imprimées sur le silicium, d#oE un cot élevé.

D#autre part, les instructions sont de longueurs variales et peuvent par&ois prendre plus d#un c/cled#orloge ce !ui les rend lentes l#exécution étant donné !u#un processeur asé sur l#arcitecture I>ne peut trater !u#une instruction la &ois6

l'architecture !#$C 

ontrairement l#arcitecture I>, un processeur utilisant la tecnologie !#$C ($educed InstructionSet Computer , dont la traduction est Fordinateur eu d#instructions réduitF) n#a pas de &onctionssupplémentaires clées. ela exige donc des programmes a/ant des instructions simples &aireinterpréter par le processeur, c#est''dire un développement plus di&&icile et un compilateur plus puissant.ependant vous vous dites !u#il peut exister des instructions !ui ne peuvent pas Ctre e&&ectuées partirdes instructions simples...An &ait ces instructions sont tellement peu nomreuses !u#il est possile de les cler directement sur lecircuit imprimé sans alourdir de mani+re dramati!ue leur &arication.

L#avantage d#une telle arcitecture est ien évidemment le cot réduit au niveau de la &arication desprocesseurs l#utilisant. De plus, les instructions, étant simples, sont exécutées en un c/cle d#orloge, ce!ui rend l#exécution des programmes plus rapide !u#avec des processeurs asés sur une arcitectureI>.

De plus, de tels processeurs sont capales de trater plusieurs instructions simultanément en les traitanten parall+le.

C#$C ou !#$C 

; comparer les spéci&icités des deux t/pes d#arcitecture on pourrait conclure !ue les processeurs asésur une arcitecture de t/pe <I> sont les plus utilisés...ela n#est maleureusement pas le cas... An e&&et les ordinateurs construits autour d#une arcitecture<I> nécessitent une !uantité de mémoire plus importante !ue les ordinateurs de t/pe I>

Qu'est-ce qu'un processeur? 

7/21/2019 4 2 Le Processeur

http://slidepdf.com/reader/full/4-2-le-processeur 4/4

Le processeur (*@ Central Processing Unit ) est un circuit électroni!ue cadencé au r/tme d#une orlogeinterne, c#est''dire un élément !ui envoie des impulsions (!ue l#on appelle top). ; ca!ue top d#orlogeles éléments de l#ordinateur accomplissent une action. La vitesse de cette orloge (le nomre deattements par secondes) s#exprime en =égaertB, ainsi un ordinateur J00=B a donc une orlogeenvo/ant J00,000,000 de attements par seconde (un cristal de !uartB soumis un courant électri!uepermet d#envo/er des impulsions une &ré!uence précise).

; ca!ue top d#orloge (pour les instructions simples) le processeur

• lit l#instruction exécuter en mémoire

• e&&ectue l#instruction

• passe l#instruction suivante

Le processeur est en &ait constitué

• d#une unité de commande !ui lit les instructions et les décode

• d#une unité de traitement (@;L ' unité aritméti!ue et logi!ue) !ui exécute les instructions.

Lors!ue tous les éléments d#un processeur sont regroupés sur une mCme puce, on parle alors demicroprocesseur .

% quoi ressemble une instruction? 

Les instructions (opération !ue le processeur doit accomplir) sont stoc$ées dans la mémoire principale.@ne instruction est composée de deux camps

• le code opération c#est l#action !ue le processeur doit accomplir

• le code opérande ce sont les param+tres de l#action. Le code opérande dépend de l#opération,

cela peut Ctre une donnée ou ien une adresse d#un emplacement mémoire

code opération camp opérande

@ne instruction peut Ctre codée sur un nomre d#octets variant de 1 4 suivant le t/pe de données.

les registres 

Lors!ue le processeur traite des données (lors!u#il exécute des instructions) le processeur stoc$etemporairement les données dans de petites mémoires de :, 15 ou HJMo (!ui ont l#avantage d#Ctre tr+srapides) !ue l#on appelle registres. >uivant le t/pe de processeur le nomre de registres peut varierentre une diBaine et plusieurs centaines.

Les registres les plus importants sont

•

le registre accumulateur il permet de stoc$er les résultats des opérations aritméti!ues etlogi!ues

• le registre d'état il permet de stoc$er les indicateurs

• le registre instruction il contient l#instruction en cours de traitement

• le compteur ordinal il contient l#adresse de la procaine instruction traiter

• le registre tampon il permet de stoc$er temporairement une donnée provenant de la mémoire

les signaux de commande 

Les signaux de commande sont des signaux électri!ues !ui permettent au processeur de communi!ueravec le reste du s/st+me (le signal <eadNOrite ' lecture%&criture ' permet notamment de signaler lamémoire !u#il désire lire ou écrire une in&ormation.