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