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Un mode d'adressage définit la manière dont le microprocesseur va accéder à l’opérande. Les
différents modes d'adressage dépendent des microprocesseurs mais on retrouve en général :

• l'adressage de registre où l’on traite la données contenue dans un registre

• l'adressage immédiat où l’on définit immédiatement la valeur de la donnée

• l'adressage direct où l’on traite une données en mémoire

Selon le mode d’adressage de la donnée, une instruction sera codée par 1 ou plusieurs octets.

Les instructions et leurs opérandes (paramètres) sont stockés en mémoire principale. La taille totale d’une instruction (nombre de bits nécessaires pour la représenter en mémoire) dépend du type d’instruction et aussi du type d’opérande. Chaque instruction est toujours codée sur un nombre entier d’octets afin de faciliter son décodage par le processeur. Une instruction est composée de deux champs :

le code instruction, qui indique au processeur quelle instruction réaliser le champ opérande qui contient la donnée, ou la référence à une donnée en mémoire (son adresse).

Exemple : Code instruction Code opérande 1001 0011 0011 1110 Le nombre d'instructions du jeu d'instructions est directement lié au format du code instruction. Ainsi un octet permet de distinguer au maximum 256 instructions différentes.

Les instructions que l’on retrouve dans chaque microprocesseur peuvent être classées en 4 groupes :

• Transfert de données pour charger ou sauver en mémoire, effectuer des transferts de registre à registre, etc…

• Opérations arithmétiques : addition, soustraction, division, multiplication

• Opérations logiques : ET, OU, NON, NAND, comparaison, test, etc…

• Contrôle de séquence : branchement, test, etc…

La première étape de la conception d’un microprocesseur est la définition de son jeu d’instructions. Le jeu d’instructions décrit l’ensemble des opérations élémentaires que le microprocesseur pourra exécuter. Il va donc en partie déterminer l’architecture du microprocesseur à réaliser et notamment celle du séquenceur. A un même jeu d’instructions peut correspondre un grand nombre d’implémentations différentes du microprocesseur.

Le microprocesseur ne comprend qu’un certain nombre d’instructions qui sont codées en binaire. Le traitement d’une instruction peut être décomposé en trois phases.

Phase 1: Recherche de l'instruction à traiter 1. Le PC contient l'adresse de l'instruction suivante du programme. Cette valeur est placée sur le bus d'adresses par l'unité de commande qui émet un ordre de lecture.

2. Au bout d'un certain temps (temps d'accès à la mémoire), le contenu de la case mémoire sélectionnée est disponible sur le bus des données.

3. L'instruction est stockée dans le registre instruction du processeur.

Phase 2 : Décodage de l’instruction et recherche de l'opérande Le registre d'instruction contient maintenant le premier mot de l'instruction qui peut être codée sur plusieurs mots. Ce premier mot contient le code opératoire qui définit la nature de l'opération à effectuer (addition, rotation,...) et le nombre de mots de l'instruction.

1. L'unité de commande transforme l'instruction en une suite de commandes élémentaires nécessaires au traitement de l'instruction.

2. Si l'instruction nécessite une donnée en provenance de la mémoire, l'unité de commande récupère sa valeur sur le bus de données.

3. L’opérande est stockée dans un registre. Phase 3 : Exécution de l'instruction 1. Le micro-programme réalisant l'instruction est exécuté.

2. Les drapeaux sont positionnés (registre d'état).

3. L'unité de commande positionne le PC pour l'instruction suivante.

C’est le coeur du microprocesseur. Elle regroupe les circuits qui assurent les traitements nécessaires à l'exécution des instructions :

L’Unité Arithmétique et Logique (UAL) est un circuit complexe qui assure les fonctions logiques (ET, OU, Comparaison, Décalage , etc…) ou arithmétique (Addition, soustraction).
Le registre d'état est généralement composé de 8 bits à considérer individuellement. Chacun de ces bits est un indicateur dont l'état dépend du résultat de la dernière opération effectuée par l’UAL. On les appelle indicateur d’état ou flag ou drapeaux. Dans un programme le

résultat du test de leur état conditionne souvent le déroulement de la suite du programme. On peut citer par exemple les indicateurs de :

o retenue (carry : C) o retenue intermédiaire (Auxiliary-Carry : AC) o signe (Sign : S) o débordement (overflow : OV ou V) o zéro (Z) o parité (Parity : P) Les accumulateurs sont des registres de travail qui servent à stocker une opérande au début d'une opération arithmétique et le résultat à la fin de l'opération.

Elle permet de séquencer le déroulement des instructions. Elle effectue la recherche en mémoire de l'instruction. Comme chaque instruction est codée sous forme binaire, elle en assure le décodage pour enfin réaliser son exécution puis effectue la préparation de l'instruction suivante. Pour cela, elle est composée par :

le compteur de programme constitué par un registre dont le contenu est initialisé avec l'adresse de la première instruction du programme. Il contient toujours l’adresse de l’instruction à exécuter. le registre d'instruction et le décodeur d'instruction : chacune des instructions à exécuter

est rangée dans le registre instruction puis est décodée par le décodeur d’instruction. Bloc logique de commande (ou séquenceur) : Il organise l'exécution des instructions au rythme d’une horloge. Il élabore tous les signaux de synchronisation internes ou externes (bus de commande) du microprocesseur en fonction des divers signaux de commande provenant du décodeur d’instruction ou du registre d’état par exemple. Il s'agit d'un automate réalisé soit de façon câblée (obsolète), soit de façon micro-programmée, on parle alors de micromicroprocesseur.

Un microprocesseur est construit autour de deux éléments principaux : Une unité de commande

Une unité de traitement

associés à des registres chargées de stocker les différentes informations à traiter. Ces trois éléments sont reliés entre eux par des bus interne permettant les échanges d’informations. Remarques :

Il existe deux types de registres :

les registres d'usage général permettent à l'unité de traitement de manipuler des données à vitesse élevée. Ils sont connectés au bus données interne au microprocesseur.

les registres d'adresses (pointeurs) connectés sur le bus adresses.

Un microprocesseur est un circuit intégré complexe caractérisé par une très grande intégration et doté des facultés d'interprétation et d'exécution des instructions d'un programme. Il est chargé d’organiser les tâches précisées par le programme et d’assurer leur exécution. Il doit aussi prendre en compte les informations extérieures au système et assurer leur traitement. C’est le cerveau du système.

A l’heure actuelle, un microprocesseur regroupe sur quelques millimètre carré des fonctionnalités toujours plus complexes. Leur puissance continue de s’accroître et leur encombrement diminue régulièrement respectant toujours, pour le moment, la fameuse loi de Moore (1).

Une mémoire idéale serait une mémoire de grande capacité, capable de stocker un maximum d’informations et possédant un temps d’accès très faible afin de pouvoir travailler rapidement sur ces informations. Mais il se trouve que les mémoires de grande capacité sont souvent très lente et que les mémoire rapides sont très chères. Et pourtant, la vitesse d’accès à la mémoire conditionne dans une large mesure les performances d’un système. En effet, c’est là que se trouve le goulot d’étranglement entre un microprocesseur capable de traiter des informations très rapidement et une mémoire beaucoup plus lente (ex : processeur actuel à 3Ghz et mémoire à 400MHz). Or, on n’a jamais besoin de toutes les informations au même moment. Afin d’obtenir le meilleur compromis coût-performance, on définie donc une hiérarchie mémoire. On utilise des mémoires de faible capacité mais très rapide pour stocker les informations dont le microprocesseur se sert le plus et on utilise des mémoires de capacité importante mais beaucoup plus lente pour stocker les informations dont le microprocesseur se sert le moins. Ainsi, plus on s’éloigne du microprocesseur et plus la capacité et le temps d’accès des mémoire vont augmenter. Les registres sont les éléments de mémoire les plus rapides. Ils sont situés au niveau du

processeur et servent au stockage des opérandes et des résultats intermédiaires.