- Unité Centrale -

L'Unité Centrale

L’unité centrale (UC) est le "cerveau" de l’ordinateur. Son rôle est d’exécuter les programmes stockés en mémoire centrale en chargeant les instructions, en les décodant et en les exécutant l’une après l’autre. L’UC est composée d’une unité de commande qui charge les instructions et les décode, et d’une unité arithmétique et logique (UAL) qui exécute des opérations de la mémoire centrale.

Unité de commande

L’unité de commande est constituée de plusieurs organes qui permettent la recherche en mémoire et le décodage d’une instruction. On trouve :

1. Le compteur ordinal qui est un registre contenant l’adresse de l’instruction à rechercher.
2. Le registre d’instruction qui reçoit l’instruction à exécuter.
3. Le décodeur de code opération qui détermine l’opération à effectuer parmi toutes celles possibles.
4. Le séquenceur qui génère les signaux de commande.
5. L’horloge qui synchronise toutes les actions de l’unité
centrale.

L’Unité de commande comprend une mémoire très rapide qui lui permet de stocker des résultats temporaires ou des informations de commande. Cette mémoire est formée de quelques registres, chaque registre ayant une fonction particulière. Le registre le plus important est le compteur ordinal (CO) qui pointe sur la prochaine instruction à exécuter. On trouve aussi le registre instruction (RI) qui contient l’instruction en cours d’exécution. La plupart des ordinateurs contiennent également d’autres registres qui permettent aux programmeurs de stocker des résultats intermédiaires.

L’exécution d’une instruction par l’UC passe par les étapes suivantes :

1. Chargement de la prochaine instruction à exécuter depuis la mémoire jusque dans le registre instruction.
2. Modification du compteur ordinal pour qu’il pointe sur l’instruction suivante.
3. Décodage de l’instruction que l’on vient de charger.
4. Localisation dans la mémoire des éventuelles données utilisées par l’instruction.
5. Chargement des données, si nécessaire, dans les registres internes de l’unité centrale.
6. Exécution de l’instruction.
7. Stockage des résultats à leurs destinations respectives.
8. Retour à l’étape 1 pour exécuter l’instruction suivante.

L’unité arithmétique et logique

L’UAL réalise les opérations mathématiques et logiques nécessaires au fonctionnement de l’ordinateur et permet tout particulièrement le mode de calcul en virgule flottante.

Elle possède les registres suivants :

1. Les registres arithmétiques.
2. Les registres de base et d’index (calcul d’adresse par rapport à une base ou index).
3. Les registres banalisés (ex : stockage de résultats intermédiaires).
4. Le registre d’état PSW (Program Status Word) qui indique l’état du système.

C’est l’UAL qui exécute les additions, les soustractions et toutes les opérations simples sur ses entrées, et qui produit un résultat placé dans le registre de sortie. Le contenu du registre de sortie peut alors être placé dans un autre registre avant de rejoindre, si nécessaire, la mémoire.

On peut regrouper les instructions en trois catégories :

1. Registre-mémoire (2 à 3 cycles) les instructions registre-mémoire permettent de charger des mots dans des registres qui pourront, par exemple, être utilisés par d’autres instructions comme entrées de l’UAL.
2. Registre-registre (1 cycle) les instructions registre-registre typiques chargent deux opérandes pris dans les registres, les placent dans les registres d’entrée de l’UAL, exécutent sur eux une certaine opération et remettent le résultat dans un registre.
3. Mémoire-mémoire (plusieurs cycles) Une instruction mémoire-mémoire prend ses opérandes dans la mémoire et les place dans les registres entrées de l’UAL, exécute ensuite une opération, et place le résultat en mémoire