1. Histoire de l`électronique

21/12/2012
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Lessystèmesàmicroprocesseur
Prof:Zakaria
INFOMATHS
1.Histoiredel’électronique
etdel’informatique
Quelquesdatesclés
ProfZakariaInfoMaths 2
Larépliquedupremiertransistor
«Tout ce qui peut être inventé a été inventé.»
Charles H. Duell, Délégué aux brevets Américains, 1899
Fonctionnellement,
leprocesseurestla
partied’un
ordinateurqui
exécuteles
instructionsettraite
lesdonnéesdes
programmes
Leprocesseur,ouCPU (del'anglaisCentralProcessing Unit,
«Unitécentraledetraitement »),estlecomposantde
l'ordinateurquiexécutelesprogrammesinformatiques.
Aveclamémoirenotamment,c'estl'undes
composantsquiexistentdepuislespremiersordinateurset
quisontprésentsdanstouslesordinateurs.
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Unmicroprocesseur estunprocesseur
dontlescomposantsontété
suffisammentminiaturiséspourêtre
regroupésdansununiquecircuit
intégré..
1.Histoiredel’électronique
1904‐ladiode parJohnFLEMING:Premiertubeàvide.
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1907‐ latriodeparL.DEFOREST:Miseaupointàpartirdeladiode
deJ.FLEMMING,surlaquelleilrajouteunefeuillemétallique,
"l'audion"quis'appelleraensuite"triode"estunamplificateur
d'intensitéélectrique.
Lapremière"lampe"réellementutilisableaétémiseaupointen
FranceparH.ABRAHAM
1919‐ Basculeur(flip‐flop)deW.H.ECCLESetF.W. JORDANC'estun
circuitélectroniquebistable,composédedeuxtriodes.Ilfaudra
encoreunequinzained'annéesavantquel'ons'aperçoivequece
circuitpouvaitservirdebaseàl'utilisationélectroniquedel'algèbre
deBOOLE.

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1.Histoiredel’électronique
1940‐ CircuitImprimé Lescomposantsdevenantdeplus
enpluspetits,onlesfixesurdespetitesplaquettes
isolantessurlesquellescescomposantssontreliés
électriquementpardespistesmétalliquestrèsfines.
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1947‐ Letransistorbipolaireàjonction
Lecommencementdel’électronique«moderne»
1954‐ Transistorausilicium
Beaucoupmoinscher,plusfacileàproduireetàutiliser
(maishélasayantunevitessedeconductionmoins
élevée)quelegermanium,lesiliciumvadevenirle
symboled'unenouvelleère.
1.Histoiredel’électronique
1959‐ Transistoràeffetdechamp Plusprochedelatriodequene
l'estletransistorbipolaire,celui‐ciestcomposéd'uneélectrode
appeléegrillequimodulelaconductanceentreunezoneditesource
etuneautreditedrain.
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1959‐ Circuitintégré parJackKILBY
Leprincipeconsisteàfabriquerdansunmêmeblocdesemi‐
conducteur(unepuce)plusieurscomposants(résistances,
condensateurs,transistors).Cetteidéeserareprisequelquesmois
plustardparRobertNOYCEquiintégrantlatechnologieplanar mettra
aupointdesprocédéstoujoursutilisésaujourd'hui.
1960‐DiodesÉlectroluminescentes Fabriquéesàl'aidedesemi‐
conducteurs(sousformed'alliagebinairedePhosphuredeGalliumet
d'ArséniuredeGallium),cesdiodesontlapropriétéd'émettredela
lumièredanslespectreinfrarougeouvisible.Leursprincipales
qualitéssontunetrèsfaibleconsommation,unegranderapiditéet
uneduréedeviequasi‐illimitée.
1.Histoiredel’électronique
1970‐ TechnologieM.O.S (Metal OxydeSemiconductor)
Cettetechnologiepermetdefabriquerdestransistorspluspetitsetplusrapides.
Unecourseàladensité,àlavitesseetàlaconsommationcommence...Onparle
alorsdeSSI(SmallScale Integration):30à80transistors,MSI(MediumScale
Integration),LSI(LargeScale Integration),VLSI(Very LargeScale Integration)...
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1971‐ Lepremiermicroprocesseur:le4004 d'Intel
Ilcomporte2300transistorsetexécute60000opérationsparsecondeàune
fréquencede108Khz.
Sapuissanceétaitégaleàcelledel'ENIAC
1974‐UnfrançaisRolandMorenodéposelesbrevetsdelacarteàpuce,objetfait
d’unelamedeplastiquestandardiséesurlaquelleestdéposéeunepuce.Cette
dernièredisposed’unmicroprocesseurluipermettantdefairedescalculs,d'une
mémoirepermettantdelestraiteretd’unportpourcommuniqueravecles
ordinateurs.Dès1981,lacarteàpuceestutiliséedanslescartesbancaires
françaises,maiselleauraaussidesapplicationsdanslatéléphoniegrâceaux
cartestéléphoniquespuisauxcartesSIM.
2.Lesmicroprocesseurs
Historique
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Intel®4004microprocessor
«J'aiparcourulepaysdelongenlargeetparléaveclesmeilleurspersonnes,
etjepeuxvousassurerquel'informatiqueestunelubiequinedurerapasplusd'unan.»

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2.Lesµprocesseurs
Partide2300transistorsintégrésdansunepuceen1971cadencéà108kHz(<0.5mips)
(Intel4004),lesµprocactuelssontcomposéde2x410000000 transistorscadencéà
3200Mhzpourunepuissancedecalculde2x24200MiPS
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2.Lesµprocesseursetµcontroleurs
Lafinessedegravurepermettantdesmotifsdeplusenpluspetits,onarriveaintégrer
deplusenplusdetransistorparunitédesurface:
L’intérêtprincipalestlaréductiondel’encombrementdelacarteélectroniqueavec
toujoursplusdepuissancedecalculàcoutconstant.
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Jusqu’audébutdesannées1970,les
différentscomposantsélectroniques
formantunprocesseurnepouvaientpas
tenirsurunseulcircuitintégré.Ondevait
donc les placer sur plusieurs circuits
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donc
les
placer
sur
plusieurs
circuits
intégrés.En1971,lasociétéaméricaineIntel
réussit,pourlapremièrefois,àplacertous
lestransistorsquiconstituentunprocesseur
surunseulcircuitintégrédonnantainsi
naissanceaumicroprocesseur.
Cetteminiaturisationapermis :
¾d'augmenterlesvitesses defonctionnementdes
processeurs,grâceàlaréductiondesdistancesentreles
composants,entreautres
¾deréduirelescoûts,grâceauremplacementde
plusieurs circuits par un seul, entre autres
;
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plusieurs
circuits
par
un
seul,
entre
autres
;
¾d'augmenterlafiabilité :ensupprimantlesconnexions
entrelescomposantsduprocesseur,onsupprimel'un
desprincipauxvecteursdepanne ;
¾decréerdesordinateursbienpluspetits :lesmicro‐
ordinateurs ;
¾deréduirelaconsommationénergétique

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•Nombre de transistors : le nombre de transistors contenus
dans le microprocesseur.
•Finesse de gravure (nm) : le diamètre (en nanomètres) du plus
petit fil reliant deux composantes du microprocesseur. En
comparaison, l'épaisseur d'un cheveu humain est de 100 microns
= 100 000 nm.
•
Fréquence de l’horloge
: la fréquence du signal d
'
horloge
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•
Fréquence
de
l’horloge
:
la
fréquence
du
signal
dhorloge
interne qui cadence le microprocesseur. MHz = million(s) de
cycles par seconde. GHz = milliard(s) de cycles par seconde.
•Largeur des données : le premier nombre indique le nombre de
bits sur lequel une opération est faite. Le second nombre indique
le nombre de bits transférés à la fois entre la mémoire et le
microprocesseur.
•MIPS : le nombre de millions d’instructions effectuées par le
microprocesseur en une seconde. ProfZakariaInfoMaths 14
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3.Lalogiqueprogrammée
contrelalogiquecâblée
éid
Mémoire de
‘
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Structuresimplifiéed’unecarteµprogrammée
«Jepensequ'ilyaunmarchémondialpourenviron5ordinateurs.»
ThomasWATSON,présidentd'IBM,1943.
Unité de commande
Unité Arithmétique et Logique
microprocesseur
M
é
mo
i
re
d
e
programme
(ROM)
Mémoire
de
donnée
(RAM)
Coupleurs
d’E/S
Etc..
Horloge

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•• EnlogiquecâbléeEnlogiquecâblée,lesinformationssont
traitéesenparallèleparautantd’opérateurs
logiquesqu’ilestnécessaires.=>Complexité
detraitementlimitée.
•• EnlogiqueprogramméeEnlogiqueprogrammée,unopérateurunique
capablederéaliserplusieursopérations(OU,
ET,+,‐ ,x,etc.)traiteséquentiellement les
informationsenfonctiondesordres
élémentairesappelésdesinstructions.
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•• AVANTAGESDELALOGIQUEPROGRAMMEEAVANTAGESDELALOGIQUEPROGRAMMEE
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Utilisationdecomposantsayant
unegrandedensitéd’intégration
‐>Carteélectroniquedefaible
encombrement.
Lescomposantsutiliséssont
programmables:L’application
peutêtremiseaupointou
totalementmodifiée.
•Processusàbasedeµprocesseur=
–Listedesinstructions,
rangéeenmémoire
–Élémentcapabled’effectuercesinstructions
leprocesseur
–Moyensderecevoir/émettredesdonnées
lesinterfaces oupériphériques
–Desliaisonsélectriquesentrecesorganes
lesbus
–Unehorloge (cadencel’exécution)
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•Architecturedebase
Mémoire de
programme Mémoire de donnée
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Unité de commande
Unité Arithmétique et Logique
microprocesseur
(ROM) (RAM)
Coupleurs
d’E/S Etc..
Périphériques
Horloge