- Processeur -

Le Microprocesseur

Le Micro-processeur est l'élément primordial de l'ordinateur. Le cœur du système informatique. Tout est construit autour de lui.
Son concepte tient de l'apparition du transistor et du circuit intégré. L'évolution technique a permis une miniaturisation telle que le nombre de composants actifs qui s'y trouve a considérablement augmenté.

Composants actifs

Les transistors qui composent le processeur sont dit actifs car ce sont eux qui déterminent les états binaires donnant lieu aux "instructions" de celui-ci. Intrinsèquement, le transistor est un élément tripolaire qui laisse passer ou bloque le courant électrique entre deux de ses électrodes, selon l'état électrique du troisième électrode.

La technologie MOS allie du Métal (Aluminium), de l'Oxyde de Silicium et du Silicium. Au repos, aucun courant ne passe entre le Drain et la Source.

Une fois une tension (+5 v) appliquée à la Porte, un courant est créé entre le Drain et la source.

Ainsi donc, le transistor de technologie MOS est utilisé comme un interrupteur programmable. Une fois assemblés ensemble, ils forment un circuit logique fonctionnant suivant la logique de BOOL. Ces mêmes circuits logiques assemblés ensembles forment un circuit intégré.
Un circuit intégré peut être composé de plusieurs millions de transistors.

L'élaboration de tous les processeurs partent de la même idées, mais sont très différents à l'arrivée. En effet, chaque fabricant élabore ses propres circuits, et ses jeux d'instructions pour le fonctionnement du processeur.

Constitution interne d'un microprocesseur

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

Architecture

Par ailleurs, il existe deux types de technologie architecturale concernant les processeurs :

1. CISC (Complex Instruction Set Computer
   Ordinateur avec jeu d'instructions complexes)
2. RISC (Reduced Instruction Set Computer
   Ordinateur à jeu d'instructions réduites)

1. L'architecture CISC est utilisée par les processeurs de type 80x86 (entre autre).
   Les processeurs basés sur cette architecture peuvent traiter des instructions complexes directement câblées intrinsèquement dans leurs circuits électroniques. En d'autres termes certaines instructions sont directement imprimées sur le silicium de la puce, car difficiles à élaborer à partir des instructions de base. Ceci permet de gagner en rapidité d'exécution pour ces commandes.
   Malheureusement, ce procédé augmente le coût de fabrication.
   
   D'autre part, les instructions étant de longueurs variables, elles peuvent nécessiter quelquefois plus d'un cycle d'horloge. Ceci augmente le temps d'exécution, car un processeur basé sur l'architecture CISC ne peut traîter qu'une instruction à la fois.
2. L'architecture RISC n'a pas de fonctions supplémentaires câblées. Les programmes sont traduits en instructions simples. Le développement par conséquent n'est pas facile et donne lieu à un compilateur plus puissant.
   
   Gros avantage à la fabrication, car le coût est réduit, et les instructions, simples par nature, sont exécutées en un seul cycle d'horloge. L'exécution des programmes est plus rapide que sur une architecture CISC. Plusieurs instructions peuvent être traîtées simultanément, car traitées en parallèle.

En final, il est à retenir que l'architecture RISC demande beaucoup trop de mémoire pour être vraiment intéressante, d'où l'utilisation plus fréquente de l'architecture CISC.