Chapitre 2 : Structure de base d`un ordinateur : Unité

Chapitre 2 : Structure de base d’un ordinateur : Unité Central et Mémoire
Centrale
1.
Introduction
On vu dans le chapitre précédent qu’un ordinateurs est composé des unités suivantes :
1.
2.
3.
4.
5.
2.
L’unité centrale.
Les unités de l’entrées/sorties.
Les unités de stockage.
Les unités d’interconnexion (bus)
Dans ce chapitre on va voir l’unité centrale.
L’unité centrale
Elle est l’unité la plus importante dans l’ordinateur. Elle comporte deux unités :
1. Mémoire Centrale.
2. Unité Centrale de Traitement.
3.
Mémoire Centrale
Une mémoire est un circuit permettant d’enregistrer, de conserver et de restituer des
informations (instructions et données). Les informations peuvent être écrites ou lues. Il y a
écriture lorsqu'on enregistre des informations en mémoire, lecture lorsqu'on récupère des
informations précédemment.
3.1 Description logique
On peut considérer la Mémoire Centrale comme une armoire constitué d’un ensemble
de tiroirs. Chaque tiroir est composé d’un nombre fixe de cases chaque case contient une
information électrique élémentaire (0/1). Un tiroir est identifié par un numéro.
Tiroir (mot)
Case (bit)
1 nombre
2 adresse
n
3.2 Définition
La MC est constituée d’un ensemble de mot, un mot est constitué d’un nombre fixe des
bits appelé longueur ou taille (toujours une puissance de 2). Un bit représente l’information
élémentaire (0/1). Le nombre de cases mémoires pouvant être très élevé, il est alors nécessaire
de pouvoir les identifier par un numéro. Ce numéro est appelé adresse. Chaque donnée devient
alors accessible grâce à son adresse.
3.3 Relation entre l’adressage et la capacité
3.3.1 Notion d’adressage
Il s’agit de déterminer le nombre de bit nécessaire dans lequel on peut placer une
adresse pour identifier un mot mémoire.

Avec un bit on peut adresser 2 (21) mots mémoires :
1 bit
0
Mémoire

1
Avec deux (2) bits on peut adresser 4 (22) mots mémoires :
00
2 bits
01
10

11
Avec n bits on peut adresser 2 mots mémoires.
n
L’ensemble des bits qui constitue une adresse est placé dans un mot spécial appelé
Registre Adresse Mémoire (RAM).
3.3.2 Capacité de la Mémoire Centrale
Elle se défini comme étant le nombre des mots qui constitue la Mémoire Centrale. En
générale = 2n Mots où n taille du RAM.
Exemple
MC : capacité = 32 k mots de 16 bits.
a. Taille du registre RAM.
b. Taile d’un mot mémoire.
Solution :
a. Capacité = 32 K = 25*210= 215 mots.
b. Taille d’un mot mémoire = 16 bits.
15
00
00
.
.
.
.
.
.
14
3.3.3 Espace d’adressage
00 ≤ @i ≤ capacité-1
00 ≤ @i ≤ 2n-1
3.4 Opérations Mémoire Centrale
On peut effectuer deux types d’opérations sur la MC :
1. Opération de lecture.
2. Opération d’écriture.
00
.
.
.
15-1
2
3.4.1 Opération de lecture
Afin d’effectuer l’opération de lecture d’un mot d’adresse k en MC on réalise les étapes
suivantes :




On présente l’adresse k du mot à lire dans le registre RAM.
L’adresse k est sélectionnée l’aide d’un décodeur (1 parmi 2n).
On lance l’opération de lecture.
Le mot lu est copie dans le registre RIM (Registre Instruction Mémoire). La taille de
(RIM) = la taille d’un mot mémoire.

lecture
00
@k
@
R
A
M
k

.
.

capacité - 1
RIM
Mot lu
3.4.2 Opération d’écriture
L’opération d’écriture d’un mot en MC à l’adresse k nécessite les étapes suivantes :





Le mot à écrire est placé dans le RIM.
On place dans le RAM l’adresse k où on veut écrire le mot.
L’adresse k est sélectionnée par le décodeur.
On lance l’opération d’écriture.
Le mot à écrire est copie à l’adresse k on MC.
Remarque : l’ancienne valeur a été écrasée par la nouvelle valeur.

écriture
00
@k
@
R
A
M

k
.

.
capacité - 1
RIM

Mot à écrire
4. Unité Centrale de Traitement (UCT, CPU)
L’Unité Centrale de Traitement (UCT, CPU pour Central Processing Unit) est l’unité
moteur de l’ordinateur qui interprète et exécute les instructions des programmes.
Elle est composée de deux unités :
 L’Unité Arithmétique et Logique (UAL).
 L’Unité de Commande (UC).
4.1 L’Unité Arithmétique et Logique (UAL)
Elle réalise les opérations arithmétiques (+, -, *, /) et logiques (ET, OU, etc.) sur deux (02)
opérandes A et B et fournit un résultat C tel que :
C  A op B
op = {+, -, *, /, ET, OU, etc.}
Qu’est-ce qu’un microprocesseur ?
Un microprocesseur est un circuit intégré complexe. Il résulte de l’intégration sur une puce de
fonctions logiques combinatoires (logiques et/ou arithmétique) et séquentielles (registres,
compteur, etc…). Il est capable d'interpréter et d'exécuter les instructions d'un programme. Son
domaine d’utilisation est donc presque illimité.
Le concept de microprocesseur a été créé par la Société Intel. Cette Société, créée en 1968,
était spécialisée dans la conception et la fabrication de
puces mémoire. À la demande de deux de ses clients —
fabricants de calculatrices et de terminaux — Intel étudia
une unité de calcul implémentée sur une seule puce. Ceci
donna naissance, en 1971, au premier microprocesseur, le
4004, qui était une unité de calcul 4 bits fonctionnant à 108
kHz. Il résultait de l’intégration d’environ 2300 transistors.
Remarques :
La réalisation de circuits intégrés de plus en plus complexe a été rendue possible par
l’apparition du transistor en 1947. Il a fallu attendre 1958 pour voir apparaître le 1ier circuit
intégré réalisé par Texas Instrument.
L’unité centrale
Elle est composée par le microprocesseur qui est chargé d’interpréter et d’exécuter les
instructions d’un programme, de lire ou de sauvegarder les résultats dans la mémoire et de
communiquer avec les unités d’échange. Toutes les activités du microprocesseur sont
cadencées par une horloge.
On caractérise le microprocesseur par :
– sa fréquence d’horloge : en MHz ou GHz
– le nombre d’instructions par secondes qu’il est capable d’exécuter : en MIPS
– la taille des données qu’il est capable de traiter : en bits
La mémoire principale
Elle contient les instructions du ou des programmes en cours d’exécution et les données
associées à ce programme. Physiquement, elle se décompose souvent en :
– une mémoire morte ( ROM = Read Only Memory ) chargée de stocker le programme. C’est
une mémoire à lecture seule.
– une mémoire vive ( RAM = Random Access Memory ) chargée de stocker les données
intermédiaires ou les résultats de calculs. On peut lire ou écrire des données dedans, ces
données sont perdues à la mise hors tension.
Remarque :
Les disques durs, disquettes, CDROM, etc… sont des périphériques de stockage et sont
considérés comme des mémoires secondaires.
L'unité centrale de traitement
L'unité centrale de traitement (CPU : Central Processing Unit), encore dénommée processeur
ou microprocesseur, est l'élément de l'ordinateur qui interprète et exécute les instructions d'un
programme. C'est le cerveau de l'ordinateur.
Une unité centrale de traitement se compose d'au moins deux unités fonctionnelles : l'unité de
commande et l'unité arithmétique et logique :
L'unité de commande contient une unité chargée du décodage des instructions, une unité pour
le calcul des adresses des données à traiter. On y trouve également le séquenceur qui contrôle
le fonctionnement des circuits de l'unité de calcul nécessaires à l'exécution de chaque
instruction.
L'unité arithmétique et logique, chargée de l'exécution des opérations booléennes et des
opérations arithmétiques (addition, soustraction, multiplication, division, comparaison, etc.).