Comment concevoir un ordinateur? Quelques questions à considérer

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1 Comment concevoir un ordinateur? Quelques questions à considérer Unité d entrée Unité de traitement Unité de sortie Comment coder les données Entiers, réels, caractères Comment restituer les résultats Qui se sert de l unité d entrée? (homme, réseau, automate ) Quelles opérations peuton exécuter? Quels programmes veuton exécuter? Qui exploite les résultats? (homme, réseau, automate ) 46

2 Organisation logique des éléments d un Système Informatique PROC MEMOIRE CENTRALE BUS INTERCONNEXION 47

3 Rôle des différents éléments PROCESSEUR PROC MEMOIRE CENTRALE BUS INTERCONNEXION Exécute des instructions élémentaires, Accède à la mémoire centrale, Communique avec les unités d échange 48

4 Rôle des différents éléments Mémoire Centrale PROC MEMOIRE CENTRALE BUS INTERCONNEXION Contient les instructions du ou des programmes en cours d exécution, Contient les données (variables) associées aux programmes Conserve et restitue les informations à la demande du processeur, 49

5 Rôle des différents éléments Unités d Echanges PROC MEMOIRE CENTRALE BUS INTERCONNEXION Passerelle vers le monde extérieur, Interface entre l UC et ses périphériques : Clavier, Souris Moniteur, Imprimantes Réseaux, Modem Disques durs, CDROM, Floppy. 50

6 Architecture fonctionnelle d un processeur ALIM U. A. L. U. A. L. Registres D 0 D 1 D 2 BUS INTERNE R / W IRQ Unité Décodage U. A. L. Registre Instruction Code inst Info opérande Unité Contrôle U. A. L. séquencement Pointeur Instruction D n Unité de commande A 0 A 1 A n 51

7 Architecture fonctionnelle d un processeur ALIM U. A. L. U. A. L. Registres D 0 D 1 OCTET D 2 R / W IRQ BUS INTERNE Unité Décodage U. A. L. Unité Contrôle U. A. L. séquencement Registre Instruction Pointeur Instruction Code Info inst opérande D n INST A 0 A 1 A n Début Fin IP 0 TQ alimenté Faire FTQ Registre Inst instruction d adresse IP Décoder le contenu de RI Exécuter l instruction 52 DATA MEMOIRE CENTRALE

8 Caractéristiques d un processeur Fabricant : AMD, INTEL, IBM, MOTOROLA Conditionnement (emballage) Pin Grid Array (PGA), Flip Chip Pin Grid Array, ( FC-PGA) Plastic Pin Grid Array Single Edge Connector (SEC) Nombre de contacts électriques Alimentation électrique 5V, 3,3V, 2.5V 53

9 Caractéristiques d un processeur Taille opérandes traités dans l UAL : 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits Unités de traitement complémentaires : Floating Point Unit (FPU), MultiMedia exchange (MMX) Cache mémoire L1, L2 Fréquence d horloge 100 Khz, 4 Mhz, 500 Mhz, 1.2Ghz, 2.4 Ghz Jeu d instructions du processeur CISC (Complex Instruction Set Computing) RISC (Reduced Instruction Set Computing) 54

10 Caractéristiques d un processeur Taille opérandes traités dans l UAL 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits Quantité de mémoire centrale adressable 1 Mo, 4 Go, 64 Go, 64 To Quantité «d unités d échanges adressables» Ports d entrée / sorties permettant de communiquer avec les composants périphériques autres que le processeur Unités de traitement complémentaires Floating Point Unit (FPU), MultiMedia exchange (MMX) Cache mémoire L1, L2 55

11 Caractéristiques d un processeur Fréquence d horloge 4 Mhz, 500 Mhz, 1.2Ghz, 2.4 Ghz. Jeu d instructions du processeur CISC (Complex Instruction Set Computing) Gain en performances pour l exécution d instructions spécialisées, mais jeu trop riche qui est mal exploité par les compilateurs, Temps de décodage important.. RISC (Reduced Instruction Set Computing) Gain au décodage des instructions, Exécuter toute instruction en 1 cycle horloge Nécessité de s appuyer sur un jeu d instruction réduit au minimum pour coder des instructions complexes : les programmes exécutables contiennent plus d instructions 56

12 Caractéristiques d un processeur Principe de fonctionnement d un processeur séquentiel A chaque cycle d horloge seule une unité du processeur est mise en œuvre (exploitée) U. Recherche Recherche Instruction en mémoire Non exploitée Non exploitée U. Décodage Non exploitée Décodage Instruction Non exploitée U. Exécution Non exploitée Non exploitée Exécution instruction Cycle 1 Cycle 2 Cycle 3 57

13 Caractéristiques d un processeur Principe du pipeline Exploiter les unités disponibles sans attendre la fin de l exécution de l instruction précédente U. Recherche U. Décodage Recherche Instruction en mémoire Recherche Instruction en mémoire Décodage Instruction Recherche Instruction en mémoire Décodage Instruction 2 U. Exécution Exécution Instruction 1 Cycle 1 Cycle 2 Cycle 3 58

14 Caractéristiques d un processeur Principe des processeurs superscalaires Mise en œuvre dans la structure du processeur de plusieurs exemplaires de pipeline (pas nécessairement équivalent en termes d unités fonctionnelle), Affectation à chaque pipeline des instructions à exécuter PIPELINE 1 PIPELINE 2 PIPELINE N P R E F E T C H File d attente instructions I 1 I 2 I n+1 I n+2 59

15 Caractéristiques d un processeur Principe des processeurs VLIW Very Long Instruction Word Rassembler dans une seule instruction, plusieurs instructions identiques, et faire assurer le travail par plusieurs unités en Unité 1 reg0 reg4 parallèle Instruction VLIW Unité 2 reg5 reg9 codage classique d une expression M (y2 y1) / (x2 x1) Reg0 y2 Reg1 y1 Reg2 Reg0 Reg1 Reg0 x1 Reg1 x2 Reg3 Reg0 Reg1 Reg4 Reg1 / Reg3 M Reg4 60

16 Caractéristiques d un processeur Principe des processeurs VLIW Very Long Instruction Word Rassembler dans une seule instruction, plusieurs instructions identiques, et faire assurer le travail par plusieurs unités en parallèle INST Unité 1 INST Unité 2 Instruction VLIW Unité 1 reg0 reg4 Instruction VLIW Unité 2 reg5 reg9 Reg0 y2 Reg1 y1 Reg2 Reg0 Reg1 Reg4 Reg2 / Reg7 M Reg4 Reg5 x2 Reg6 x1 Reg7 Reg5 Reg6 NOP NOP 61

17 Exemples de processeurs 62

18 63

19 64

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