03 Architecture d`un ordinateur

CAHIER 03
Architecture d'un ordinateur
 L'UNITE CENTRALE
 GENERALITES
Les traitements automatisés de l'information sont réalisés par un ensemble de circuits
électroniques qui composent le "cœur" de l'ordinateur.
Ces circuits assurent les grandes fonctions suivantes :
• le stockage temporaire, par la mémoire centrale, des programmes et des données, le
temps du déroulement du traitement ;
• l'exécution, par le processeur, des instructions du programme et qui entraîne la
transformation des données (création, modification, suppression, ...) ;
• l'échange, par le sous-système d'entrée/sortie, des données avec les unités
périphériques.
L'unité centrale est donc composée de la mémoire centrale, du processeur et du sous-système
dispositif d'entrée/sortie.
La mémoire centrale stocke les instructions et les données traitées par le processeur et de ce fait,
le processeur et la mémoire centrale sont intimement associés.
Le processeur (Central Processing Unit ou CPU) est l'élément de l'unité centrale qui interprète et
exécute les instructions du programme. Ses circuits génèrent les signaux nécessaires à l'exécution
de chaque instruction.
Le processeur se compose de l'unité de commande et de contrôle (control unit) et de l'unité
arithmétique et logique (UAL).

1 Schéma de principe de l’unité centrale
L'unité centrale communique avec les unités périphériques par l'intermédiaire du sous-système
d'entrée/sortie.
Une opération d'entrée/sortie est réalisée en exécutant une instruction d'entrée/sortie.
Cette instruction était à l'origine traitée par l'organe de commande, mais les évolutions des
architectures des processeurs ont conduit à déléguer la gestion de l'échange au sous-système
d'entrée/sortie capable de travailler de façon autonome.
Les différentes composantes de l'unité centrale sont interconnectées par des systèmes de câblage
transportant des signaux électriques.
Afin d'éviter une multiplication des interconnexions entre les divers éléments de l'unité centrale
un système de câblage appelé "bus" est mis en commun.
Les bus sont un ensemble de lignes de connexions capables de transmettre des signaux
correspondant à trois types d'informations: adresses, données et commandes. Pour ce faire,
chaque câble est affecté aux tâches spécifiques de transport d'adresses, de données ou de
commandes.
Un bus peut être utilisé par toutes les unités qui y sont connectées, mais jamais par plus de deux
unités en même temps.
Plusieurs bus spécialisés peuvent coexister au sein d'une même unité centrale tels le bus-
mémoire, le bus d'entrée/sortie, etc. Les micro-ordinateurs utilisent des architectures à bus unique
auquel sont connectés tous les organes de l'ordinateur.

 DEROULEMENT D'UNE INSTRUCTION DANS L'UNITE CENTRALE
L'exécution d'un programme se déroule de la façon suivante :
• le programme et les données sont chargés en mémoire centrale (d'où le nom de
machine à programme interne) ;
• les instructions du programme sont amenées séquentiellement (une par une) à l'unité
de commande et de contrôle qui les analyse et déclenche le traitement approprié en
envoyant des signaux à l'unité arithmétique et logique. Le passage à l'instruction
suivante est automatique ;
• le traitement peut nécessiter de faire appel à l'unité d'entrée/sortie.
 LA MEMOIRE CENTRALE (CF. § INFRA)
La mémoire centrale stocke principalement deux types d'informations :
• les instructions de différents programmes ;
• les données nécessaires à l'exécution des programmes.
Les données et les programme résident temporairement en mémoire centrale, le temps nécessaire
au déroulement du traitement.
Le programme est chargé avant son exécution.
Les données sont implantées en mémoire bloc par bloc, puis après traitement, mémorisées sur
support externe.
Au niveau élémentaire et physique, la mémoire centrale ne contient que des bits, qui constituent
l'unité de stockage élémentaire de l'information. Un bit peut prendre soit la valeur "0", soit la
valeur "1".

0 1 2
Cellule
Mémoire
Registre de
sélection
Dispositif de
Sélection Registre Mot
Lecture Ecriture
Adressage
Figure 2 Principe de lecture écriture en mémoire
Les instructions et les données sont stockées sous une forme binaire et représentée selon une
codification standardisée telle les codifications internationales ASCII (sur 7 bits) ou EBCDIC
(sur 8 bits).
La codification sur 8 bits tend à se généraliser. Un groupe de 8 bits, appelé octet (byte), constitue
un caractère.
 L'UNITE DE CONTROLE ET DE COMMANDE (CF. §3.1)
L'unité de contrôle et de commande coordonne le fonctionnement de l'unité centrale afin de lui
faire exécuter les suites des instructions spécifiées dans chaque programme.
Dans le traitement d'une instruction (cycle de recherche) l'unité de contrôle et de commande met
en œuvre différents dispositifs qui sont :
• le compteur ordinal qui est un registre contenant l'adresse en mémoire où est stockée
l'instruction à chercher ;
• le registre instruction qui reçoit l'instruction à exécuter ;
• le décodeur de code opération qui détermine la nature de l'opération à exécuter ;
• le séquenceur qui génère les signaux de commande ;

• l'horloge, qui émet des impulsions électroniques régulières, indispensables à la
synchronisation de toutes les actions de l'unité centrale.
Adresse
Décodeur
d ’instruction
Séquenceur:
câblé
micro_programmé
Mémoire de
microprogramme
Demandes
d ’interruption
Générateur de
phase
Mot
d ’état
Registre d ’instruction
Code Opération
Horloge Compteur
Ordinal
Bus de données interne
Bus d ’adresses
Micro commandes Commandes de contrôle
Figure 3 Schéma de principe de l’unité de commande
Les cycles de recherche d'une instruction se décompose selon les étapes suivantes :
• transfert de l'adresse de la nouvelle instruction du compteur ordinal vers registre
adresse de la mémoire ;
• une impulsion de lecture, générée par l'unité de commande, provoque le transfert de
l'instruction cherchée vers le "registre mot" qui fonctionne comme un registre tampon
pour toutes les informations lues ou écrites en mémoire ;
• transfert de l'instruction dans le registre instruction (une instruction étant composée du
code opération et de l'adresse de (ou des) l'opérande(s) ) ;
• pendant que l'adresse de l'opérande est envoyée vers le registre adresse, le code
opération est transmis au décodeur qui détermine le type d'opération demandée et le
transmet au séquenceur en envoyant un signal sur la ligne de sortie correspondante ;
• le compteur ordinal est incrémenté en vue du cycle de recherche suivant.
 L'UNITE ARITHMETIQUE ET LOGIQUE (UAL)
Tout traitement de données a lieu dans l'UAL.