Université Joseph Fourier Grenoble 1 ALM MIAGE L Examen de première session, durée 2h00 documents manuscrits et calculatrices autorisés

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1 Université Joseph Fourier Grenoble 1 ALM MIAGE L Examen de première session, durée 2h00 documents manuscrits et calculatrices autorisés Préambule : le sujet comporte pour la partie I une documentation (I-1) verbeuse, fouillis, digressive, redondante, composée de trois extraits issus verbatim de Wikipedia, sa lecture doit être rapide et se faire en ayant pris connaissance des questions (I-2,3,4) pour en tirer les éléments utiles. Remarque : le dernier extrait confirme les précédents mais n apporte pas d informations nouvelles. Les questions I-3, II-1(début),2(début),3(début),5 sont faciles, I-2,4, II-1(fin),2(fin),4 de difficulté moyenne, II-3(fin) difficile ; elles sont indépendantes, des réponses partielles peuvent suffire quand la méthode utilisée pour obtenir ces réponses partielles permet également d obtenir les réponses complètes. I. Code-barres. I-1. Documentation «Un code-barres, ou code à barres, est la représentation d'une donnée numérique ou alphanumérique sous forme d'un symbole constitué de barres et d'espaces dont les épaisseurs varient en fonction de la symbologie utilisée et des données ainsi codées. Lorsque ces barres sont remplacées par de petits carrés ou points, on parle de code à deux dimensions (2D). Les codes à barres sont destinés à une lecture automatisée par un capteur électronique nommé lecteur de code-barres.» Extrait de l article Code-barres de Wikipedia «Le code universel des produits (CUP ; en anglais : Universal Product Code, soit UPC) est le premier système d'identification numérique largement utilisé aux États-Unis et au Canada, pour les articles vendus en magasin. Il a été inventé dans les années 70 par George Laurer, ingénieur chez IBM et adopté en Mai George J. Laurer, après avoir obtenu son diplôme à l'université du Maryland en 1951, travailla chez IBM. En 1969 il se vit attribué la tâche titanesque de créer un code et son symbole d'identification des produits pour le Uniform Grocery Product Code Council. Sa solution l'universal Product Code changea radicalement le monde de la distribution. Il a ensuite amélioré le code en lui ajoutant un 13ème caractère créant ainsi le code EAN. Laurer a pris sa retraite en Il détient 25 brevets et est inscrit au tableau d'honneur de l'université A. James Clark School of Engineering. Construction de l'upc : Il est encodé sous la forme de code-barres afin de permettre sa lecture par un lecteur optique automatique dans les commerces. Le code CUP (UPC) est maintenant intégré à EAN. Le système global est présenté ici. Le CUP, officiellement désigné par EAN.UCC-12, est composé de douze chiffres décimaux. Dans la suite de l'article, le terme CUP réfère seulement à cette série de chiffres. Sa représentation graphique la plus communément utilisée est un code à barres. Un code à barres contient le CUP, lequel est séparé en deux blocs, lesquels sont à leur tout encadrés par trois barres de garde : DLLLLLLMRRRRRRF, où D (pour début) et F (pour fin) sont composés des bits 101, M (pour milieu) est composé des bits (D, M et F sont les barres de garde), et où L (pour left) et R (pour right) sont des chiffres composés de sept bits chacun. Le code-barres contient 95 bits en tout. Les séquences de bits qui correspondent à chaque chiffre et aux barres de garde sont conçues de façon à minimiser les risques de collision lors de la lecture. Chacune de celles-ci ne peut contenir plus de quatre 0 ou 1 de suite. Ces deux contraintes permettent une bonne reconnaissance optique lors de la lecture des codes-barres. Le CUP ne contient que des chiffres. Le premier caractère L vaut : * 0 pour les articles ordinaires ; * 3 pour les produits pharmaceutiques ; * 2 pour les produits vendus au poids ; * 5 pour les coupons-rabais (en pratique, les magasins ignorent cette règle et utilisent ou ). Les caractères L restants constituent le code du fabricant. Les premiers cinq chiffres R constituent l'identificateur assigné par le fabricant au produit. Le dernier R sert à valider l'ensemble du CUP (check digit), ce qui permet de détecter les erreurs lors de l'identification optique ou de la saisie manuelle. 1/6

2 Dans le système UPC-A, cette validation est ainsi faite : 1. additionner les chiffres apparaissant aux ordres impairs (premier, troisième, cinquième, etc.) ; 2. multiplier par trois ; 3. ajouter les chiffres apparaissant aux ordres pairs (deuxième, quatrième, sixième, etc.) au résultat ; 4. soustraire le résultat du prochain multiple de dix qui lui y supérieur ; 5. La réponse est le chiffre de validation (check digit). Représentation : Dans le code-barres, chaque chiffre est représenté par un agencement de barres et d'espace, au nombre de sept en tout. Selon que le chiffre se trouve parmi les L ou parmi les R, sa représentation diffère. Cette différence a pour but de permettre la reconnaissance du produit, que la lecture soit faite de gauche à droite, ou vice-versa. Selon le système d'encodage retenu pour un code-barres, chaque chiffre se représente de quatre façons différentes. Par exemple, le chiffre 6 se présente ainsi : (partie gauche du code-barres UPC-A) (partie droite du code-barres UPC-A) (code-barres EAN) (inutilisé) Les deux premières façons sont des compléments à 1, tout comme les deux derniers. La forme L de UPC-A pour les dix chiffres est : 0 : : : : : : : : : : Tel qu'expliqué ci-dessus, la forme R de UPC-A est le complément à 1 de la forme L. Les chiffres L sont impairs, alors que les chiffres R sont pairs. L'European Article Numbering-Uniform Code Council assigne les identificateurs aux fabricants. Selon la taille de l'entreprise, la longueur de l'identificateur varie. Officiellement, le premier article identifié par un lecteur de code-barres est un paquet de gomme à mâcher de marque Wrigley. Cela se passait à Troy en Ohio, le 24 juin 1974 dans un supermarché Marsh.» Extrait de l article Code universel des produits de Wikipedia. «Le code EAN (European Article Numbering) est un code à barres utilisé par le commerce et l'industrie conformément aux spécifications d'ean International, organisme aujourd'hui remplacé par GS1. Historiquement, le code EAN est dérivé du code universel des produits développé dans les années 1970 par George Laurer (voir Historique du code barres). Le code UPC est en fait un code EAN commençant par 0 (zéro). EAN est un système global destiné à l'identification univoque d'objets. Le système UPC s'est maintenant ralié au système EAN. Le numéro EAN identifie des articles ou des unités logistiques de façon unique. Sous forme de codes à barres, le numéro peut être lu par un scanner optique. Le numéro EAN constitue la base de contrôle du flux des marchandises, du fabricant à Taiwan jusqu'au consommateur final à Paris. L'EAN est composé de 8 ou 13 chiffres représentés sous forme de séquences de barres noires et blanches formant un code à barres. Ce type de code à barres se trouve sur la presque totalité de produits courants (alimentation, vêtements, droguerie, papeterie, électroménager, etc.). C'est le code qui est lu lors du passage aux caisses d'un supermarché. Il existe des codes EAN 8 et des codes EAN 13, composés respectivement de 8 ou 13 chiffres. Les codes EAN 8 sont réservés à l'usage sur des produits de petite taille (paquets de cigarettes par exemple). Les codes EAN 13 sont utilisés sur tous les autres produits. Le code EAN, comme tous les codes à barres, fait appel à des notions mathématiques assez pointues. Leur composition s'appuie sur des théories développées par de grands mathématiciens. Chacun des chiffres composant l'ean peut, selon sa position dans le code, avoir trois représentations distinctes nommées : élément A, élément B ou élément C. Les barres verticales noires et blanches utilisées sont caractérisées par une certaine largeur, qui est toujours multiple d'une certaine largeur élémentaire (nommée module). Dans la suite de ce document, une largeur dite de «1» correspond à une barre de largeur élémentaire, une largeur dite de «2» correspondra à une barre de largeur double de la largeur élémentaire, et ainsi de suite. Les éléments EAN se caractérisent par une succession de quatre barres dont la somme des largeurs vaut toujours 7. Chaque élément est constitué d'une succession de 4 barres de largeurs différentes, mais dont l'ensemble a une largeur totale de 7 fois la largeur élémentaire. Le codage des éléments A, B et C se décompose comme suit (un X représente une partie de barre noire, de largeur 1, un _ représente une partie de barre blanche, de largeur 1) : 2/6

3 Remarques : 1. Les colonnes des éléments A et B ci-dessus peuvent aussi être écrites sous la forme équivalente suivante où seules les largeurs des 4 barres successives (décrites de gauche à droite) sont indiquées : * 0 : * 5 : * 1 : * 6 : * 2 : * 7 : * 3 : * 8 : * 4 : * 9 : Les 20 groupes de 4 chiffres figurant ci-dessus représentent exactement * l'ensemble des 20 permutations possibles de 4 chiffres non nuls telles que o la somme de ces chiffres soit égale à 7 (ceci a un lien avec p4(7), le symbole pk(n) correspondant à la fonction partage d'un entier) ; o p4(7) vaut 3 et o l'on peut en effet écrire de 3 façons différentes : 7 = = = On peut remarquer que les 2 permutations correspondant au codage d'un même chiffre sont toujours symétriques l'une de l'autre. 4. Le codage d'un chiffre par l'élément C est toujours le négatif de son codage par l'élément A (les barres noires et les barres blanches sont permutées), tandis que le codage d'un chiffre par l'élément B est toujours le symétrique de son codage par l'élément C! 5. On peut donc en déduire que cette méthode de codage ne peut permettre de différencier * que 10 caractères distincts (ici, les 10 chiffres de 0 à 9) et * qu'elle ne pourrait donc pas servir à coder des caractères supplémentaires (donc pas de lettre!), et ainsi o le codage permettra de reconnaître le chiffre, quel que soit le sens de lecture, et o quelle que soit la couleur d'impression du code-barres (blanc sur fond noir, ou noir sur fond blanc) En plus des éléments servant à coder les chiffres, les codes EAN contiennent des éléments de zones de garde, permettant de «calibrer» les lecteurs de code-barres (voir cet article pour plus d'informations à ce sujet...) La zone de garde normale (normal guard) est composée d'une bande noire, d'une bande blanche et d'une bande noire, et est située généralement à chacune des extrémités du code. La zone de garde centrale (central guard) est composée d'une bande blanche, d'une bande noire, d'une bande blanche, d'une bande noire et d'une bande blanche et est située généralement au centre du code.» Extrait de l article EAN de Wikipedia. I-2 Lecture du code-barres, transformation série-parallèle. Réaliser un circuit transformant le signal série venant du lecteur optique (signal binaire : barre noire, barre blanche) en un signal parallèle de 7 bits regroupant les 7 bits du code représentant un chiffre. Si le circuit reçoit successivement sur son entrée principale un signal blanc, blanc, blanc, noir, noir, blanc, noir, il doit avoir en sortie, à un instant donné, sur 7 bits, le signal (blanc, blanc, blanc, noir, noir, blanc, noir) (ou en binaire, c est le code pour le chiffre 0). Explicitez vos hypothèses sur l existence d une horloge pour échantillonner le signal série en entrée et sur l utilisation des zones de gardes pour initialiser et régler cette horloge et votre circuit (aucun circuit n est demandé pour ces hypothèses) Indication : pensez à un circuit séquentiel à base de bascules D et de parties combinatoires simples ou classiques si nécessaires ((de)-multiplexeurs, (de)-codeurs, additionneurs, dont vous pourrez omettre la réalisation). En entrée, 1 signal et 1 horloge, en sortie 7 signaux et une horloge. 3/6

4 I-3 Interprétation du code-barres Réaliser un circuit transformant le code sur 7 bits venant du circuit précédent en une information binaire (code reconnu code non reconnu) et le chiffre codé sur 4 bits (si le code est reconnu) représenté par ce code selon la symbologie employée par les codes UPC pour les chiffres sous la forme L d éléments A. Ainsi si le circuit a en entrée , il doit avoir en sortie 0000, c'est-à-dire le chiffre 0 codé sur 4 bits, et le bit (code reconnu code non reconnu) avec la valeur «code reconnu» Indication : pensez à un circuit combinatoire simple. En entrée 7 fils, en sortie 1+4 fils. I-4 Validation du code-barres Réaliser un circuit validant les chiffres d un code-barres obtenu dans la question précédente. Indication : pensez à un circuit séquentiel type flot de données ou PC-PO. II. Automate de contrôle. Prenons une machine M à une adresse comportant 5 registres : PC pour l adresse de l instruction en cours, I pour l instruction en cours, A et D pour communiquer avec la mémoire (l accès à la mémoire se fait avec la commande «Lire» qui exécute D Mem[A]), et Acc un accumulateur. Pour cette machine on souhaite avoir le langage machine LM suivant : Mnémo Codage Interprétation libre LOAD #i 2 octets : 01 puis #i ACC MEM[PC+1], PC PC octets : 04 PC MEM[PC+1] SHL #i 2 octets : 10 puis #i ACC ACC décalé à Gauche de N=MEM[PC+1] bits (noté ACC<<N dans la suite), PC PC + 2 Un automate de contrôle No 1 pour cette machine est donné par : Pc 0 A Pc Lire I D Pc Pc+1 A Pc Lire Pc Pc+1 I=LOAD I=SHL I=JMP Acc D Acc Acc<<D Pc D Chaque ligne contenue dans un état de ce graphe de contrôle représente un ensemble de commandes compatibles qui peut s exécuter en un seul cycle d horloge. Ensemble, ces états forment le microprogramme d interprétation du langage assembleur LM contenu dans une partie de contrôle associée à une partie opérative réalisant la machine M. 4/6

5 II-1 Exécution avec l automate de contrôle No 1 En mémoire se trouve le programme suivant MEM (en hexadécimal) A 10 0B 10 Donnez le programme se trouvant en mémoire sous une forme lisible par l homme. Dire quelle est l adresse la plus haute de la mémoire accédée par l ordinateur lors de l exécution de ce programme. Quelle est la valeur de l accumulateur la première fois que l on accède à cette adresse? Quel temps a été nécessaire pour arriver à cet instant avec l automate de contrôle No1? II-2 Exécution avec l automate de contrôle No 2 Un second automate de contrôle est utilisé pour cette machine : Pc 0 A 0 Lire I D Pc Pc+1 A Pc+1 Lire Pc Pc+1 I=LOAD I=SHL I=JMP Acc D A Pc Acc Acc<<D A Pc Pc D A D Répondre aux mêmes questions qu en II-1 pour ce second automate. II-3 Exécution avec l automate de contrôle No 3 Un troisième automate de contrôle est donnée ci après, les registres I, A et D sont dédoublés (I 1, I 2, A 1, A 2, D 1 et D 2 ), et deux commandes «Lire» sont maintenant disponibles. La commande «Lire 1» effectue D 1 Mem[A 1 ]. La commande «Lire 2» effectue D 2 Mem[A 2 ]. Les valeurs A 1 +2 et Pc+3 sont également calculées en permanence. 5/6

6 Répondre aux mêmes questions qu en II-1 pour ce troisième automate. Remarque : pour des raisons de place, l automate suivant est incomplet, entre les deux états en bas (là où se trouvent l ellipse ) se trouvent deux états faisant respectivement : et Lire 2 Acc D 1 A 1 Pc Lire 1 Acc Acc<<D 2 A 2 A 1 +2 Pc Pc+1 Lire 2 Acc Acc<<D 1 A 1 Pc Lire 1 Acc D 2 A 2 A 1 +2 Pc Pc+1 Pc 0 A 1 Pc Lire 1 Pc Pc+1 A 2 A 1 Lire 2 I 1 D 1 A 1 Pc I 1 =LOAD I 1 =SHL I 1 =JMP Lire 1 Pc Pc+3 A 2 A 1 +2 I 2 D 2 Lire 1 Pc Pc+3 A 2 A 1 +2 I 2 D 2 I 2 =JMP I 2 =LOAD I I 2 =LOAD 2 =SHL I I 2 =JMP 2 =SHL Lire 1 Pc D 1 A 1 D 1 Lire 2 Acc D 1 A 1 Pc Lire 1 Acc D 2 A 2 A 1 +2 Pc Pc+1 Lire 2 Acc Acc<<D 1 A 1 Pc Lire 1 Acc Acc<<D 2 A 2 A 1 +2 Pc Pc+1 Lire 2 Acc D 1 Pc D 2 A 1 D 2 II-4 Partie opérative pour l automate de contrôle No 1 Proposez une partie opérative pour l automate de contrôle No1 de tel sorte que l exécution d une instruction se passe bien, c'est-à-dire selon l interprétation libre donnée au début de l exercice. Est-ce que cette partie opérative fonctionne bien avec les autres automates de contrôle? II-5 Questions de cours Donnez trois différences et trois points communs entre la programmation en assembleur et la microprogrammation en langage de commandes. Barème indicatif : I-2,3,4, II-1,4,5 : 3 points, II-2,3 : 1 point. 6/6