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Chapitre 2 AO
Chapitre 2 AO
Chapitre 2 AO
ORDINATEURS
2ème Année Informatique
Chapitre2:
Principaux composants d’un ordinateur
1
Schéma fonctionnel
L’unité de commande
le compteur de programme
le registre d'instruction et le décodeur d'instruction
Bloc logique de commande (ou séquenceur)
2
L’unité de commande
L’unité de traitement
3
L’unité de traitement
4
Unité Arithmétique et Logique
5
UAL n-bits
Notions d’ horloge
6
Notions d’ horloge
Les registres
Un registre est un ensemble de mémoires élémentaires
(bascules), synchronisées par le même signal d'horloge.
Les registres sont largement utilisés dans les systèmes de
traitement numérique pour réaliser des opérations : de
mémorisation provisoire (mémoire tampon), de décalage, de
rotation, …
Une bascule est l’élément de base de la logique séquentielle.
Une bascule permet de mémoriser un seul bit.
• Exemple :
14
7
Caractéristiques d'un registre
La capacité: nombre de bits du mot binaire qu'il peut mémoriser.
Le mode d'écriture ou de chargement: dépend du nombre
d'entrées :
écriture série : génération bit par bit, avec transmission par un
seul fil conducteur.
écriture parallèle : génération globale du mot de n bits, avec
transmission par un bus de n bits.
Le mode de lecture:
lecture série : exploitation bit par bit du mot (une seule sortie).
lecture parallèle : exploitation globale du mot (n sorties).
15
8
Types des registres
Registres de mémorisation
9
Registres à décalage
Registres à décalage entrée série -sortie série (Décalage à droite)
Registres à décalage
Registres à décalage entrée série -sortie série (Décalage à gauche)
10
Registres à décalage
Registre à décalage entrée série - sortie parallèle
Registre universel
C'est un registre qui effectue un chargement des données série ou parallèle
et un décalage à gauche ou droite avec une lecture série ou parallèle. Il
dispose d'entrées de mode de fonctionnement qui définissent le type de
chargement et le sens de décalage. La figue ci-dessous représente la
configuration d'un tel registre.
11
Applications des registres
Mémorisation temporaire d'une information
Conversion parallèle-série de mots binaires
Conversion série-parallèle d'un train binaire
Ligne à retard numérique
Division et multiplication par 2n
23
Les mémoires
12
1. Introduction
• Avec une bascule c’est possible de mémoriser une
information sur 1 seul bit.
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• Exemple de mémoire :
– La mémoire centrale
– Un disque dure
– Une disquette
– Un flash disque
– …………..
• La mémoire peut être dans le processeur ( des registres) , interne
(Mémoire centrale ou principale) ou externe (Mémoire secondaire ).
26
13
3. Caractéristiques des mémoires
1. La capacité d’une mémoire
• La capacité ( taille ) d’une mémoire est le nombre (quantité)
d’informations qu’on peut enregistrer ( mémoriser ) dans cette
mémoire.
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28
14
3.Caractéristiques des mémoires
3. Mode d’accès à l’information ( lecture /écriture )
• Sur une mémoire on peut effectuer l’opération de :
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Demande de
la lecture
Disponibilité de
l’information
Temps d’accès
Le temps d’accès est un critère important pour déterminer les performances
d’une mémoire ainsi que les performances d’une machine.
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15
4. Classification des mémoires
31
5. Mémoire à semi-conducteur
Mémoire à
semi-
condeucteurs
vives Mortes
32
16
6. - Hiérarchie des mémoires
33
LA MÉMOIRE CENTRALE
34
17
Mémoire centrale
• La mémoire centrale (MC) représente l’espace de travail de
l’ordinateur ( calculateur ).
35
18
Types des mémoires centrales
37
FFFF
38
19
Structure physique d’une mémoire centrale
•RAM (Registre d’adresse Mémoire ) : ce
registre stock l’adresse du mot à lire ou a
écrire .
•RIM ( Registre d’information mémoire ) :
D
stock l’information lu à partir de la E
Bus d’adresse R
mémoire. D
A E
Structure
U
n bits
40
20
Comment calculer la capacité d’une MC ?
Exemple :
Dans une mémoire la taille du bus d’adresses K=14 et la taille du bus
de données n=4. Calculer la capacité de cette mémoire ?
42
21
L’ écriture d’une information
43
Conception des MC
Problème ?
On veut réaliser une mémoire de capacité C , mais nous disposons
uniquement de boîtiers ( des circuits ) de taille inférieur ?
m’
Boîtier
Capacité
?
Mémoire m
C’
Capacité C
n’
n
44
n
22
Structure d’un boîtier
Un boîtier possède la même structure qu’une mémoire ( RAM,RIM,….)
en plus de la commande CS.
R/W CS
CS (Chip Select ) : c’est une
commande en logique négative qui D
permet de sélectionner ( activer ) un E
boîtier . R C
O
A D Un Boîtier
CS=0 le boîtier est sélectionné M E
U
R
CS=1 le boîtier n’est pas sélectionné E
RIM
45
Solution
• Soit M une mémoire de capacité C , tel que m est le nombre de mot
et n la taille d’un mot.
• Soit M’ un boîtier de capacité C’ , tel que m’ le nombre de mot et n’
la taille d’un mot.
• On suppose que C > C’ ( m >= m’ , n >=n’)
• Quel est le nombre de boîtiers M’ nécessaire pour réaliser la
mémoire M ?
• Pour connaître le nombre de boîtiers nécessaire , il faut calculer les
deux facteurs suivants :
– P =m/m’
– Q=n/n’
46
23
Solution (suite )
• P : permet de déterminer de nombre de boîtiers M’
nécessaire pour obtenir le nombre de mots de la mémoire M
( extension lignes ).
• Q : permet de déterminer le nombre de boîtier M’ nécessaire
pour obtenir la taille de mot de la mémoire M ( extension
mots ou extension colonnes).
• P.Q donne le nombre totale de boîtiers nécessaire pour
réaliser la mémoire M.
• Pour sélectionner les boîtiers on utilise les bits de poids forts
d’adresses. Si P est le facteur d’extension lignes alors on
prend k bits tel que P=2k.
• Les autres bits d’adresses restants sont utilisés pour
sélectionner un mot dans un boîtier.
47
Exemple
• Réaliser une mémoire de 1Ko ( la taille d’un mot est de 8 bits) en utilisant
des boîtiers de taille 256 mots de 8 bits ?
• Solution :
(m,n)=(1024,8) taille du bus d’adresses est de 10 bits A90(A9…A0), taille du
bus de données est de 8 bits D70(D7….D0)
(m’,n’)=(256,8) taille du bus d’adresses est de 8 bits (A7’…A0’), taille du bus
de données est de 8 bits (D7’….D0’)
• Calculer les deux facteurs d’extension lignes et colonnes :
P= m/m’ =1024/256=4 ( extension lignes )
Q= n/n’ =8/8=1 (extension colonnes)
48
24
R/W
CS
D 70
D 70
8 bits
CS
A98
D 70
CS
D 70
CS
A70
8 bits
D 70
49
Exemple 2
• On veut réaliser une mémoire de 1Ko ( la taille d’un mot est de 16
bits) en utilisant des boîtiers de taille 1Ko mots de 4 bits ) ?
• Solution :
(m,n)=(1024,16) taille du bus d’adresses est de 10 bits (A9…A0),
taille de bus de données est du 16 bits (D15….D0)
(m’,n’)=(1024,4) taille du bus d’adresses est de 10 bits (A9’…A0’),
taille de bus de données est du 4 bits (D3’….D0’)
25
D150
R/W
CS CS CS CS
A90 10 bits
16 bits
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Exemple 3
• On veut réaliser une mémoire de 1KO ( la taille d’un mot est de 8 bits) en utilisant
des boîtiers de taille 256 mots de 4 bits ) ?
• Solution :
(m,n)=(1024,8) taille du bus d’adresses est de 10 bits (A9…A0), taille du bus de
données est de 8 bits (D7….D0)
(m’,n’)=(256,4) taille du bus d’adresses est de 8 bits (A7…A0), taille du bus de
données est de 4 bits (D3….D0)
52
26
R/W
CS CS
D 70
D 74 D 30 8 bits
CS CS
A98
D 74 D 30
CS CS
D 74 D 30
CS CS
A70
8 bits
D 74 D 30
53
Processeur Mémoire
Centrale
Demande de la
lecture
Disponibilité de
l’information
54
UC inactive
27
Architectures des mémoires centrales
• Si le calculateur possède plusieurs processeurs qui fonctionnent en
parallèle ( en même temps ), c’est possible que deux processeurs ou
plus demandent d’accéder à la mémoire à la même instant.
• Si la mémoire est structurée en un seul bloc alors un processeur peut
monopoliser la MC.
• Même si le temps d’accès est très petit, des processeurs vont être
pénalisés donc la structure de la MC est aussi importante.
MC
P1 P2 P3 P4
55
1. Mémoire modulaire
•La solution est de découper la mémoire en plusieurs modules.
•Plusieurs bus permettent d’accéder simultanément (en même temps) à la MC.
•Possible d’avoir autant d’accès que de modules.
•On ne peut pas accéder simultanément à un module.
MC
M1 M2 M3 M4
P1 P2 P3 P4
Remarques :
•Les adresses à l’intérieur d’un module sont séquentiels ( successives )
•C’est possible qu’un module soit réaliser avec des boîtiers de taille inférieur ( il
faut calculer les facteur d’extension lignes et colonnes )
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28
sélectionner un mot dans une architecture modulaire
57
Exemple
• Soit une mémoire de taille de 4 Ko. Cette mémoire est
découpée en 4 modules. Donner le schéma de cette mémoire
en utilisant des boîtiers de 1 Ko?
• Solution :
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R/W
Module 0
CS
D 70
D 70 8 bits
CS
Module 1
A1110
D 70
CS Module 2
D 70
CS
Module 3
A90
10 bits
D 70
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2. Mémoire entrelacée
• Avec une MC modulaire , c’est possible qu’un processeur
monopolise un module ( par exemple il accède a des adresse
consécutive ), Pour éviter ce problème :
– Un module est divisé en plusieurs Blocs .
– les adresses consécutives sont placées dans des blocs
différents .
– Le nombre de blocs représente le degré d’entrelacement.
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30
Sélectionner un mot dans une MC entrelacée
61
62
31
Exemple 2
• Réaliser une mémoire de capacité 512 mots de 8 bits avec des boîtiers de
128 mots de 8 bits avec un degré entrelacement de 4.
• Capacité 512 =29 ( taille de bus d’adresses =9 )
• Taille d’un mot =8 taille du bus de données =8
• 4 blocs taille d’un bloc = 512/4 =128
• Taille d’un boîtier = 128 *8 un boîtier par bloc est suffisant
• 2 bits de poids faibles pour la sélection d’un bloc A10
• Les bits de poids fort ( A82) pour sélectionner un mot dans un bloc.
63
R/W
Bloc 0
CS
D 70
D 70
8 bits
CS
Bloc 1
A10
D 70
CS Bloc 2
D 70
CS
Bloc 3
A82
7 bits
D 70
64
32
3. Les mémoires modulaires entrelacées
65
Exemple
• Réaliser une mémoire de 64 mots de 8 bits organisé en deux modules
entrelacé , l’entrelacement se fait à l’intérieur ( D=2). En utilisant des
circuits ( boîtiers ) de 16 mots de 8 bits.
66
33
Module 0
CS Bloc 0
D 70
D 70
8 bits
M0
Bloc 1
CS
A5 M1
D 70
Module 1
B0
CS
A0 Bloc 0
B1
D 70
CS Bloc 1
A41
4 bits
D 70
67
34