Structure des ordinateurs

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1 Licence d Informatique Université d'aix-marseille II Département d'informatique re Session Vendredi 30 avril 99 Structure des ordinateurs Durée de l' épreuve : 3 heures. Aucun document n'est autorisé. Exercice : Système à hystérésis On désire réaliser un système de régulation asynchrone d une climatisation. Ce système fonctionne de la façon suivante : Lorsque la température ambiante devient inférieure à θ MIN, le chauffage est mis en fonctionnement (alors c=). Le chauffage est arrêté (alors c=0) lorsque la température ambiante devient supérieure à la valeur nominale θ NOM > θ MIN. Lorsque la température ambiante devient supérieure à θ SUP, la ventilation est actionnée (v=). La ventilation est arrêtée (v=0) lorsque la température ambiante devient inférieure à la température nominale θ NOM < θ SUP. ❶ Après avoir explicité quelles en sont les entrées, indiquer combien d états stables comporte ce système de climatisation? ❷ Tracer le graphe d états de ce système et en déduire la matrice des phases. ❸ Après avoir réduit cette matrice, donner la fonction logique du circuit de régulation ainsi que les fonctions de sorties. Indication : La température se déplace sur une échelle comportant des valeurs stratégiques de fonctionnement :? θ MIN θ NOM θ SUP? Exercice 2 : Décodage morse Nous allons créer un automate permettant de reconnaître un langage. Le langage est composé de deux signes (p,t) et de deux séparateurs (s,s) La grammaire est la suivante : <mot> ::= <Groupe non Terminal><Groupe Terminal> <Groupe Terminal>::= <Signe><Séparateur Terminal> <Groupe non Terminal>::=<Signe><Séparateur non Terminal><Groupe non Terminal>

2 <Séparateur Terminal>::=S <Séparateur non Terminal>::=s <Signe>::=p t Graphe représentatif du langage : p p s S t t ø ❶ Au sens des transitions d'état, choisir un codage de p, s, t et S qui permette la dérivation de cette grammaire. Nous allons, dans un premier temps réaliser un circuit séquentiel asynchrone qui va transformer ces entrées asynchrones en synchrone, de la manière suivante : Entrée : pstspspstststspstsps Sortie : ptpptttptp Sync : Explication : Le signal de synchronisation va permettre de repérer le caractère généré (p,t,p,t) La série de 2 caractères ps sera transformé en un caractère p La série de 2 caractères ts sera transformé en un caractère t La série de 2 caractères ps sera transformé en un caractère P La série de 2 caractères ts sera transformé en un caractère T Le caractère p sera codé 0 Le caractère t sera codé 0 Le caractère P sera codé 00 Le caractère T sera codé ❷ Réaliser le circuit qui effectue cette conversion dont la structure est donnée ci-dessous. Caractère Caractère en entrée (p,t,s,s) en sortie (p,t,p,t) Synchro Réalisation de l automate de reconnaissance. Au moyen des quatre signes p,t,p,t que nous venons de créer, nous allons coder les lettres de l alphabet comme suit :

3 a : pt f : pptp k : tpt p : pttp u : ppt b : tppp g : ttp l : ptpp q : pptt v : pppt c : tptp h : pppp m : tt r : ptp w : ptt d : tpp i : pp n : tp s : ppp x : tppt e : P j : pttt o : ttt t : T y : tptt z : ptpt Le circuit permettant d'effectuer ce codage a la structure ci-dessous : Caractère (p,t,p,t) Lettre codée sur 5 bits Synchro Son tableau des phases est le suivant : Etat Présent E t a t S u i v a n t p t P T p S o r t i e t P E I N S R D G H F L P B C Z T T A M U W K O V J X Y Q Le tableau des phases est juste! Par contre, dans la définition des caractères, se sont glissées deux erreurs. ❸ Déterminez quels sont les caractères mal décrits. ❹ Ecrire les fonctions de transition qui découlent de ce tableau (vous êtes dispensé d'écrire les fonctions de sortie)

4 Licence d Informatique Université d'aix-marseille II Département d'informatique 2 ème Session Septembre 99 Structure des ordinateurs Durée de l'épreuve : 3 heures. Aucun document n'est autorisé. On désire réaliser un récupérateur d horloge hertzienne. Ce type de signal est présent dans de multiples émissions radiophoniques. Une fois démodulé, il se présente comme une suite de 60 bits (un par seconde) découpés en champs ayant chacun une signification bien précise. Afin de simplifier au maximum la réalisation, ce découpage a été réduit et, si il ne représente pas exactement la réalité, il permet néanmoins d en appréhender le principe. Découpage des champs. Le découpage ainsi simplifié est constitué de 0 champs de 6 bits chacun. La signification de chaque champ sera la suivante : Synchro. Heure Minute Jour Mois Année Inutilisé Inutilisé Inutilisé Synchro. 6 bits à 0 : 23 0 : 59 : 3 : 2 00 : bits à Ainsi que l on peut le constater, aucun champ excepté les champs de synchronisation ne peut comporter 6 bits consécutifs à. Question : Comptage Modulo 6. Afin de pouvoir contrôler le passage d un champ à un autre, il faut pouvoir effectuer le découpage des soixante bits en dix champs de 6 bits chacun. Cette opération sera réalisée au moyen d un compteur modulo 6. Son fonctionnement sera le suivant : Au départ, on considérera que le compteur est initialisé à zéro (commande init). Init Chaque seconde, une impulsion de comptage sera présentée sur l entrée Plus. Lorsque la valeur 5 aura été atteinte, l'impulsion Plus suivante ramènera le compteur à zéro et le signal Mod 6 sera alors activé. Plus Compteur modulo 6 Mod 6

5 ❶ Tracer le graphe d états de ce compteur et en déduire la matrice des phases. ❷ Simplifiez les équations d état. ❸ Tracez le schéma du compteur ainsi obtenu. Question 2 :Réalisation de l horloge. Le système séquentiel permettant l affichage en clair des informations recueillies commandera une machine qui se présentera comme suit : Signal Horraire Registres à Heure Minute Jour Mois Décalage 6 Bits D.H. D.M. D.J. D.Mo. Heure Minute Jour Mois Registres 6 Bits E.H. E.M. E.J. E.Mo. Afficheurs Elle se compose d un rang de 4 registres à décalage (heure, minute, jour et mois) et de trois registres de stockage (heure, minute, jour et mois) Le signal contenant les informations horaires est distribué sur l entrée de chacun des registres à décalage. Chaque registre est activé (procède à un décalage) lorsque la commande correspondante D.. est validée. Les six bits mémorises dans un registre à décalage se présentent sur l entrée des registres de stockage. Ils peuvent être écrits dans le registre en validant la commande E.. correspondante. L affichage s effectue alors automatiquement. D.H. Afin de simplifier les problèmes d initialisation, D.M. on considérera que le système séquentiel démarre sur le premier bit de synchronisation du signal, le compteur modulo 6 étant quant à lui à Entrées Circuit Séquentiel D.J. D.Mo. E.H. zéro. E.M. E.J. E.Mo. ❶ Quelles sont les entrées qui vont contrôler l ensemble du circuit? ❷ Tracer le graphe d états de ce circuit et en déduire la matrice des phases. ❸ Simplifiez les équations de sortie et tracer le schéma général de l horloge.

6 Licence d Informatique Université d'aix-marseille II Département d'informatique re Session Mardi 9 mai 00 Structure des ordinateurs Durée de l' épreuve : 3 heures. Aucun document n'est autorisé. Exercice : Etude d'un système séquentiel On considère un système séquentiel asynchrone à deux entrées, x, x2 et une sortie z, dont le comportement est le suivant : Tant que x2 est à zéro, z est insensible à x ; Lorsque x2 passe de 0 à, z prend la valeur que possède x au moment où x2 passe à et conserve cette valeur ; Lorsque x2 est à, z est insensible à x ; Lorsque x2 passe de à 0, z est insensible à x. En résumé, la sortie Z prend la valeur de x au moment où x2 passe de 0 à et conserve cette valeur. Z est insensible à la valeur de x tout le reste du temps. (On rappelle que x et x2 ne peuvent changer simultanément). a) Donner le tableau des phases, le tableau des états et le schéma logique qui réalise le système ci-dessus en utilisant des portes NAND. b) Quel est le schéma obtenu si l'on fait la synthèse en utilisant des bascules RS? Exercice 2 : Système de remplissage automatique On se propose de remplir automatiquement d'un liquide opaque des récipients transparents, mais à fond opaque, de diamètre D. Pour cela, on dispose les récipients sur un tapis roulant horizontal. Une première cellule photoélectrique et son dispositif d'éclairement sont placés de part et d'autre du tapis roulant, à la hauteur du socle des récipients. Soit x=0 le signal émis par cette cellule lorsqu'elle est éclairée, et x=, le signal lorsqu'elle n'est pas éclairée. Une deuxième cellule et son dispositif d'éclairement sont placés après la première (dans le sens de défilement du tapis) à une distance D/2 de celle-ci et à une hauteur correspondant au niveau de remplissage désiré des récipients par un robinet placé au -dessus du tapis. Soit x2=0 le signal émis par cette cellule lorsqu'elle est éclairée, et x2=, le signal lorsqu'elle n'est pas éclairée. Le fonctionnement désiré est le suivant : lorsqu'un récipient franchi la première cellule, et au moment où celle-ci est démasquée, le tapis roulant s'arrête et le robinet est ouvert. Lorsque le liquide masque la deuxième cellule, le robinet est fermé et le tapis se remet en marche jusqu'à ce que le récipient suivant, après avoir franchi la première cellule, démasque celle-ci. On précise que la distance entre deux récipients est supérieure à D.

7 a) Faire la synthèse du système séquentiel à deux entrées, (x, x2) et deux sorties, (z, z2). b) Donner le schéma utilisant des portes NAND.

8 Licence d Informatique Université d'aix-marseille II Département d'informatique 2 ème Session Septembre 2000 Structure des ordinateurs Durée de l'épreuve : 3 heures. Aucun document n'est autorisé. Réalisation d'un séquenceur. On se cantonnera dans toute la suite du problème à l'étude et la réalisation du micro-séquenceur. C'est à dire que seules les commandes qui lui sont relatives seront prises en compte. Toutefois, chaque fois qu'une restriction concernera le reste de la machine, elle devra être évoquée. Le séquenceur sera réalisé à partir de la machine réelle suivante :

9 Sé l ec tio n d u type de mi cro -in str uc tion Ve r s c o m m a n d e s d e l a m ac hi n e ré el l e S Pa r ti e d e l a mi c ro - in str uc tion po uv a nt, e ntr e au tre s, se r vi r de cons tan te Pa rti e d e l a mi cr o -i ns tru c ti on rel ati ve à l a ges ti o n d e la cons tan te. Micro-Ins truction V e r s c o m m a n d e s d u s éq u e n c e u r. ± ± M M 2 E c - C Co n s ta n t e Mi c r o C o mp te u r Or d i na l S e l ec t io n E c - M c o n d i ti o n A B 0 Op é r a t i on s Conditi ons (a u nombre de 8) M u x B o i te à o p é ra ti o n s a r i th m é t i q u e s R e p o r t Z Important : La partie de la micro-instruction pouvant servir de constante n'est pas un champ réservé, celà signifie que dans certains cas bien précis cette zone est utilisée pour charger le registre constante, et que dans tous les autres cas, elle est considérée comme l'ensemble classique des commandes d'une micro-instruction. C'est sur cette dualité de fonctionnement que repose l'ensemble du problème. Les commandes de la boite à opérations ne sont pas spécifiées, vous être libres de choisir toute fonction de la forme : [(A)] ± [(B)] ± [(R)] ± [Cte] -> Z Le nombre total d'opérations est toutefois limité à quatre.

10 Question Découper la micro-instruction en deux parties distinctes. Parmi tous les signaux disponibles dans la machine décrite précédemment, associez à la première partie ceux qui peuvent être utilisés comme une constante (en quelque sorte, un code opération), la seconde précisant les champs spécifiques au micro-séquenceur, leur signification, leur codage et leur longueur. Question 2 Ainsi qu'il a été dit vous avez toute lattitude pour choisir les opérations dont vous aurez utilité pour réaliser les séquences microprogrammées, et ce dans la limite de quatre. Vous devrez donc, chaque fois que vous en définirez une en préciser le code. Précisons que toute constante N dont il est question doit être récupérée dans la partie concernée de la micro instruction. I -> Ecrire la séquence de micro-instructions permettant d'effectuer un saut à une adresse N (N constante) II -> Nous nous trouvons sur la micro-instruction d'adresse M, ecrire la séquence permettant de se brancher à l'adresse M+N (N constante) III -> Nous nous trouvons sur la micro-instruction d'adresse P, ecrire la séquence permettant de se brancher à l'adresse P-N (N constante) IV -> Soit une condition C sélectionnée sur le multiplexeur par l'intermédiaire du champ approprié de la micro instruction, on désire microprogrammer une fonction de type SI C Alors Aller en N Sinon (continuer en séquence) Ecrire la séquence permettant de réaliser cette fonction. IIII -> Indiquez les quatre opérations que vous avez utilisées et leur codage.

11 Structure des ordinateurs Durée de l' épreuve : 3 heures. Documents autorisés. Problème : Réalisation d un circuit séquentiel synchrone. Licence 3 Informatique Unité INF2 ère Session Janvier 2006 On va réaliser un automate qui va lire et afficher la valeur de la face d un dé à jouer. Les dés peuvent se présenter comme montré en figure. A F G B E C D Figure : Les divers positionnements des différents dés Figure 2 : L'afficheur Il n y a qu une manière de voir apparaître les valeurs, 4 et 5. Il y a deux manières de voir apparaître les valeurs 2, 3 et 6. On désire réaliser un capteur qui présente sur un afficheur sept segments, la valeur de la face. Rappel sur l afficheur sept segments. Il comporte sept segments référencés A, B, C, D, E, F, G selon le schéma de la figure 2. La représentation des chiffres de à 6 se faisant comme suit : Le circuit séquentiel synchrone comportera : 3 capteurs d entrée X, Y et Z qui vont lire verticalement les points noirs de la face du dé et 7 commandes de sortie A, B, C, D, E, F et G permettant d allumer le segment correspondant.

12 Question Quel est le graphe représentatif de ce circuit. (Utilisez Mealy) Question 2 Quelle en est la matrice des phases. On est sûr que les dés sont d'un des types donnés plus haut. On n'a pas à vérifier leur configuration. Ainsi, par exemple, en considérant les entrées XYZ, si après avoir reçu 0, on reçoit 00, sans attendre la troisième configuration, on peut affirmer qu'il s'agit d'un 5. Toutes les configurations de dés sont dans ce cas. On peut déterminer certaines dès la première entrée et toutes les autres après la seconde. Question 3 A présent, vous allez donc simplifier le graphe en fonction de cela, en déduire la matrice puis la simplifier elle-même. Question 4 Proposez une décomposition fonctionnelle. Question 5 En déduire la machine gérant la reconnaissance des dés. Question 6 Bon! s'il vous reste une dizaine de minutes, donnez les fonctions de sorties A à G en fonction de X, Y, Z et de l'état de la machine au moment où la sortie apparaît ;,o) Exercice 2 : Etude d un circuit séquentiel synchrone. Soit le circuit suivant : ) Quelles sont les fonctions S(Q), S(Q2), S(Q3) et S(Q4). 2) En déduire la matrice des phases.

13 Structure des ordinateurs Durée de l' épreuve : 3 heures. Documents autorisés. Licence 3 Informatique Unité INF2 2 ème Session Mai 2006 Exercice : On considère un système de convoyage sur lequel peuvent circuler 2 sortes de chariots A et B. Les 2 types de chariots peuvent se succéder dans un ordre quelconque. A l'extrémité du convoyeur se trouve un aiguillage permettant de diriger chacun des chariots sur l'une quelconque des quatre voies A, A 2, B et B 2. On veut réaliser un système de commande d'aiguillage permettant de d'envoyer : a) Les chariots A alternativement sur A, puis sur A 2, de manière que le nombre de chariots A soit le même (à une unité près) sur les voies A et A 2. b) Les chariots B alternativement sur B, puis sur B 2, de manière que le nombre de chariots B soit le même (à une unité près) sur les voies B et B 2. Les chariots sont équipés de catadioptres réfléchissants, sur le côté gauche pour les chariots de type A et droit pour ceux de type B. Le type de chariot (A ou B) est ainsi décelé par 2 cellules photoélectriques disposées au point marqué X de part et d'autre de la voie.. L'aiguillage doit fonctionner dès lors qu'un chariot aura dépassé ce point X. Question Dessiner le graphe de transition du système asynchrone ayant pour entrées x et x 2 et pour sorties les commandes d'aiguillage. Question 2 Ecrire la matrice des phases. Simplifier et réduire autant que cela est possible. Une deuxième manière de réaliser le même système serait le suivant :

14 où le premier aiguillage, à deux positions, commandé par x et x 2, est suivi de 2 aiguillages à 2 positions commandés respectivement par y et z. Question 3 Dessiner le graphe de transition des 3 systèmes asynchrones et écrire les matrices des phases. Question 4 Laquelle des deux solutions est la moins coûteuse? Exercice 2 : Un émetteur radar envoie des impulsions sur son antenne et deux cas peuvent se produire : o A la suite d'une impulsion, il reçoit une impulsion en retour (écho) et on supposera que cette impulsion est toujours reçue après la fin de l'impulsion envoyée et avant le début de l'envoi de l'impulsion suivante. o A la suite de l'envoi de l'impulsion, il n'y a pas d'écho. On veut réaliser un dispositif à deux entrées dont l'une reçoit l'impulsion envoyée sur l'antenne et l'autre, l'écho éventuel, et qui possède une sortie. Cette sortie reste à 0 aussi longtemps qu'il n'y a pas d'écho. La sortie passe à lors de l'envoi d'une impulsion si l'envoi de l'impulsion précédente a été suivi d'un écho et reste à jusqu'à l'envoi de l'impulsion suivante. Question Faire la synthèse du circuit asynchrone correspondant (en utilisant des circuits NAND) Exercice 3 : Donner le graphe de transitions et la matrice des phases du système séquentiel qui délivre sur sa sortie lorsque apparaît sur son entrée le premier 0 qui suit un groupe de comportant au moins deux ; dans tous les autres cas la sortie délivre 0.