Chapitre 2 : Structure de base d un ordinateur : Unité Central et Mémoire Centrale 1. Introduction On vu dans le chapitre précédent qu un ordinateurs est composé des unités suivantes : 1. L unité centrale. 2. Les unités de l entrées/sorties. 3. Les unités de stockage. 4. Les unités d interconnexion (bus) 5. Dans ce chapitre on va voir l unité centrale. 2. L unité centrale Elle est l unité la plus importante dans l ordinateur. Elle comporte deux unités : 1. Mémoire Centrale. 2. Unité Centrale de Traitement. 3. Mémoire Centrale Une mémoire est un circuit permettant d enregistrer, de conserver et de restituer des informations (instructions et données). Les informations peuvent être écrites ou lues. Il y a écriture lorsqu'on enregistre des informations en mémoire, lecture lorsqu'on récupère des informations précédemment. 3.1 Description logique On peut considérer la Mémoire Centrale comme une armoire constitué d un ensemble de tiroirs. Chaque tiroir est composé d un nombre fixe de cases chaque case contient une information électrique élémentaire (0/1). Un tiroir est identifié par un numéro. Tiroir (mot) 1 nombre 2 adresse Case (bit) n 3.2 Définition La MC est constituée d un ensemble de mot, un mot est constitué d un nombre fixe des bits appelé longueur ou taille (toujours une puissance de 2). Un bit représente l information élémentaire (0/1). Le nombre de cases mémoires pouvant être très élevé, il est alors nécessaire de pouvoir les identifier par un numéro. Ce numéro est appelé adresse. Chaque donnée devient alors accessible grâce à son adresse. 3.3 Relation entre l adressage et la capacité 3.3.1 Notion d adressage Il s agit de déterminer le nombre de bit nécessaire dans lequel on peut placer une adresse pour identifier un mot mémoire.
Avec un bit on peut adresser 2 (2 1 ) mots mémoires : 1 bit 0 Mémoire 1 Avec deux (2) bits on peut adresser 4 (2 2 ) mots mémoires : 2 bits 01 10 11 Avec n bits on peut adresser 2 n mots mémoires. L ensemble des bits qui constitue une adresse est placé dans un mot spécial appelé Registre Adresse Mémoire (RAM). 3.3.2 Capacité de la Mémoire Centrale Elle se défini comme étant le nombre des mots qui constitue la Mémoire Centrale. En générale = 2 n Mots où n taille du RAM. Exemple MC : capacité = 32 k mots de 16 bits. a. Taille du registre RAM. b. Taile d un mot mémoire. Solution : a. Capacité = 32 K = 2 5 *2 10 = 2 15 mots. b. Taille d un mot mémoire = 16 bits. 15 14 2 15-1 3.3.3 Espace d adressage @ i capacité-1 @ i 2 n -1 3.4 Opérations Mémoire Centrale On peut effectuer deux types d opérations sur la MC : 1. Opération de lecture. 2. Opération d écriture.
3.4.1 Opération de lecture Afin d effectuer l opération de lecture d un mot d adresse k en MC on réalise les étapes suivantes : On présente l adresse k du mot à lire dans le registre RAM. L adresse k est sélectionnée l aide d un décodeur (1 parmi 2 n ). On lance l opération de lecture. Le mot lu est copie dans le registre RIM (Registre Instruction Mémoire). La taille de (RIM) = la taille d un mot mémoire. lecture @k @ R A M. k. capacité - 1 RIM Mot lu 3.4.2 Opération d écriture L opération d écriture d un mot en MC à l adresse k nécessite les étapes suivantes : Le mot à écrire est placé dans le RIM. On place dans le RAM l adresse k où on veut écrire le mot. L adresse k est sélectionnée par le décodeur. On lance l opération d écriture. Le mot à écrire est copie à l adresse k on MC. Remarque : l ancienne valeur a été écrasée par la nouvelle valeur. écriture @k @ R A M. k. capacité - 1 RIM Mot à écrire 4. Unité Centrale de Traitement (UCT, CPU) L Unité Centrale de Traitement (UCT, CPU pour Central Processing Unit) est l unité moteur de l ordinateur qui interprète et exécute les instructions des programmes. Elle est composée de deux unités :
L Unité Arithmétique et Logique (UAL). L Unité de Commande (UC). 4.1 L Unité Arithmétique et Logique (UAL) Elle réalise les opérations arithmétiques (+, -, *, /) et logiques (ET, OU, etc.) sur deux (02) opérandes A et B et fournit un résultat C tel que : C A op B op = {+, -, *, /, ET, OU, etc.} Qu est-ce qu un microprocesseur? Un microprocesseur est un circuit intégré complexe. Il résulte de l intégration sur une puce de fonctions logiques combinatoires (logiques et/ou arithmétique) et séquentielles (registres, compteur, etc ). Il est capable d'interpréter et d'exécuter les instructions d'un programme. Son domaine d utilisation est donc presque illimité. Le concept de microprocesseur a été créé par la Société Intel. Cette Société, créée en 1968, était spécialisée dans la conception et la fabrication de puces mémoire. À la demande de deux de ses clients fabricants de calculatrices et de terminaux Intel étudia une unité de calcul implémentée sur une seule puce. Ceci donna naissance, en 1971, au premier microprocesseur, le 44, qui était une unité de calcul 4 bits fonctionnant à 108 khz. Il résultait de l intégration d environ 23 transistors. Remarques : La réalisation de circuits intégrés de plus en plus complexe a été rendue possible par l apparition du transistor en 1947. Il a fallu attendre 1958 pour voir apparaître le 1ier circuit intégré réalisé par Texas Instrument. L unité centrale Elle est composée par le microprocesseur qui est chargé d interpréter et d exécuter les instructions d un programme, de lire ou de sauvegarder les résultats dans la mémoire et de communiquer avec les unités d échange. Toutes les activités du microprocesseur sont cadencées par une horloge. On caractérise le microprocesseur par :
sa fréquence d horloge : en MHz ou GHz le nombre d instructions par secondes qu il est capable d exécuter : en MIPS la taille des données qu il est capable de traiter : en bits La mémoire principale Elle contient les instructions du ou des programmes en cours d exécution et les données associées à ce programme. Physiquement, elle se décompose souvent en : une mémoire morte ( ROM = Read Only Memory ) chargée de stocker le programme. C est une mémoire à lecture seule. une mémoire vive ( RAM = Random Access Memory ) chargée de stocker les données intermédiaires ou les résultats de calculs. On peut lire ou écrire des données dedans, ces données sont perdues à la mise hors tension. Remarque : Les disques durs, disquettes, CDROM, etc sont des périphériques de stockage et sont considérés comme des mémoires secondaires. L'unité centrale de traitement L'unité centrale de traitement (CPU : Central Processing Unit), encore dénommée processeur ou microprocesseur, est l'élément de l'ordinateur qui interprète et exécute les instructions d'un programme. C'est le cerveau de l'ordinateur. Une unité centrale de traitement se compose d'au moins deux unités fonctionnelles : l'unité de commande et l'unité arithmétique et logique : L'unité de commande contient une unité chargée du décodage des instructions, une unité pour le calcul des adresses des données à traiter. On y trouve également le séquenceur qui contrôle le fonctionnement des circuits de l'unité de calcul nécessaires à l'exécution de chaque instruction. L'unité arithmétique et logique, chargée de l'exécution des opérations booléennes et des opérations arithmétiques (addition, soustraction, multiplication, division, comparaison, etc.).