ARCHITECTURE DES ORDINATEURS ET PROGRAMMATION 2009/2010 MEZAACHE SALAH EDDINE DÉPARTEM ENT D’ÉLECTRON QUE CENTRE UNIVERSITAIRE DE BORDJ BOU ARRERIDJ 1. 2. 2 TABLES DE Mez_salah@hotmail. com pARTlE I INTRODUCTION A L’E 2 Sommaire UE or47 Sni* to View I REPRÉSENTATION DES 1. 1 INTRODUCTION…. 1. 2 ELEMENTS DE LOGIQUE COMBINATOIRE… .2. 1 CIRCUITS COMBINATOIRES : DÉFINITION…….. FONCTIONS COMBINATOIRES… . 1. 3. 1 TABLES DE 9 1 MÉTHODE DE QUINE-MC CLIJSKEY… 14 I . 5 ÉLÉMEN s DE LOGIQUE SÉQUENTIELLE……. 16 1. 5. 1 NOTION 17 1. 5. LATCH (BASCULE) RS.. I . 5. 3 GRAPHE 18 1. 5. 4 FRONTS ET NIVEAUX ; SIGNAUX D’HORLOCE… … …. 18 1. 5. 5 CIRCUITS SÉQUENTIELS SYNCHRONES ET ASYNCHRONES : DÉFINITIONS…. 1. 5. 6 BASCULES SYNCHRONES……………. 1. 5. 7 LATCH RS ACTIF SUR UN NIVEAU D’HORLOGE… 1. 5. 8 LES BASCULES 19 1. 5. 9 LOGIQUE SUR 20 1. 5. lO ÉQUA ION DÉVOL PAGF OF 1. 6. 2 TRANSFORMATION D’UN GRAPHE DE MOORE EN GRAPHE DE 24 I . 6. 3 TABLES DE 24 1. 6. 4 SIMPLIFICATION DES TABLES DE TRANSITION… 1. 6. 5 ÉTAPES DE LA SYNTHÈSE D’UN CIRCUIT SÉQUENTIEL SYNCHRONE.. 1. . 6 SYNTHÈSE DU DÉTECTEUR DE SÉQUENCE, VERSION 27 2 INTRODUCTION À L’ARCHITECTURE………. — 32 2. 1 INTRODUCTION…. 2. 2 ARCHITECTURE DE BASE D’UN . 5. 10 EQUATION D’EVOLUTION……. — 1. 5. 11 BASCULE 1. 5. 12 BASCULE JK…. 21 1. 6 SYNTHESE D’UN CIRCUIT SEQUENTIEL SYNCHRONE…. 1. 6. 1 GRAPHES D’ETATS. 22 ORDINATEUR…. … 22 2. 3 PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT…. 2. 4 ORGANISATION DE LA MÉMOIRE CENTRALE… 2. 5 CIRCULATION DE L’INFORMATION DANS UN CALCULATEUR. . 2. 6 LE PROCESSEUR . 34 2. 6. 1 LES REGISTRES ET L’ACCUMULATEUR… 2. 6. ARCHITECTURE D’UN PROCESSEUR À ACCUMULATEUR…… 2. 7 LES . 36 2. 7. 1 SCHÉMA FONCTIONNEL D’UNE MÉMOIRE… 37 2. 7. 2 INTERFAÇAGE MICROPROCESSEUR/ MEMOIRE. 2. 8 MICROPROCESSEUR INTEL 8086.. 2. 8. 1 JEU 40 2. 8. 1. TYPES D’INSTRUCTIONS…. D’INSTRUCTIONS…. 2. 8. 1*2 LES INSTRUCTIONS ARITHMÉTIQUES.. 41 2. 8. 1. 3 LES INSTRUCTIONS LOGIQUES………. 42 2. 8. 1. 4 LES INSTRUCTIONS DE BRANCHEMENT… 43 2. 9 LES INTERFACES D’ENTRÉES/ SORTI ES. 2. 9. 1 GESTION DES PORTS D’EIS PAR LE 8086….. 3 ALGORITHMIQUE ET LANGAGE ÉVOLUÉS… • • • • • 47 3. ALGORITHMIQUE…. 3. 2 ALGORITHMIQUE… 3. 3 PROGRAMMATION ET . 3. 4 — 48 3. 4. 1 ALGORITHME…………… — PAGF s OF 3. 5 QUALITE D’UN ALGORITHME…. 4 Représentation des données 1. 1 Introduction Les informations traitées par un ordinateur peuvent être de ifférents types (texte, nombres, etc. ) mais elles sont toujours représentées et manipulées par l’ordinateur sous forme binaire. Toute information sera traitée comme une suite de O et de 1. L’unité d’information est le chiffre binaire (O ou 1), que ron appelle bit (pour binary digit, chiffre binaire).
Le codage d’une information consiste à établir une correspondance entre la représentation externe (habituelle) de l’information (le caractère A ou le nombre 36 par exemple), et sa représentation interne dans la machine, qui est une suite de bits. On utilise la représentation binaire car elle est simple, facile ? éaliser techniquement à l’aide de bistables (système ? deux états réalisés à l’aide de transistors). Enfin, les opérations arithmétiques de base (addition, multiplication etc. ) sont faciles à exprimer en base 2 (noter que la table de multiplication se résume à 0x0 = O, 1×0= Oet 1×1 = 1). 2 Éléments de logique combinatoire En 1854, Georees Boole p PAGF 6 OF ape séminal sur une 1. 2. 1 Circuits combinatoires : définition Un circuit combinatoire est un module tel que ‘état des 8sorties ne dépend que de l’état des entrées. L’état des sorties doit être évalué une fois que les entrées sont stables, et près avoir attendu un temps suffisant à la propagation des signaux. On comprend intuitivement que les circuits combinatoires correspondent à des circuits sans état interne : face à la même situation (les mêmes entrées), ils produisent toujours les mêmes résultats (les mêmes sorties) .
Figure 1. 1 Circuits combinatoires . 2. 2 Tables de vérité Une des contributions essentielles de Boole est la table de vérité, qui permet de capturer les relations logiques entre les entrées et les sorties d’un circuit combinatoire sous une forme tabulaire. Considérons par exemple un circuit inconnu possédant 2 entrées A et B et une sortie S. Nous pouvons analyser exhaustivement ce circuit en lui présentant les 22 = 4 jeux d’entrées différents, et en mesurant à chaque fois l’état de la sortie. Le tout est consigné dans un tableau qu’on appelle table de vérité du circuit (Figure 1. ) Figure 1. 2 Un circuit à deux entrées et une sone, et sa table de vérité Ici, on reconnaît l’opération logique ET : S vaut 1 si et seulement si A et B valent 1. 7 OF calcul utilisant seulement trois opérateurs booléens : NON, ET, OU. Opérateur NON NON (NOT en anglais) est un opérateur unaire, qui inverse son rgument. On notera généralement NOT(A)= A ; La table de vérité et le schéma représentatif sont donnés par la Figure 1. 3. Figure 3 Table de vérité du NON et dessin de la porte correspondante On a bien sur AZA .
Opérateur ET ET (AND en anglais) est un opérateur à 2 entrées ou plus, dont la sortie vaut 1 si et seulement si toutes ses entrées valent 1. On le note algébrlquement comme un produit, c’est ? dire S = Ax B ou S = AB. La table de vérité d’un ET ? deux entrées, et le dessin usuel de la porte correspondante sont représentés par la Figure 1. 4. Figure 1. 4 Table de vérité ole de la porte considérer seulement les lignes qui donnent une sortie égale à 1, d’écrire le minterm correspondant, qui code sous forme d’un ET la combinaison de ces entrées. ar exemple, le minterm associé au vecteur (A, B, C) = (1, O, 1) est : ABC. La formule algébrique qui décrit toute la fonction est le OU de tous ces minterms. Considérons par exemple la table de vérité de la fonction majorité à 3 entrées, qui vaut 1 lorsqu’une majorité de ses entrées (2 ou 3) vaut 1 (Figure 1. 6). B c transformer les ET en OU et vice-versa. Le couple (ET,NON) ou le couple (OU,NON) suffisent donc ? xprimer n’importe quelle formule algébrique comblnatoire. Le théorème d’absorption A + AB = A montre qu’un terme plus spécifique disparaît au profit d’un terme moins spécifique.
Par exemple dans l’équation … û A 30 AB C le terme A C s’efface au profit de A B, moins spécifique et qui donc l’inclut. Figure 1. 6 Propriétés et théorèmes de l’algèbre de Boole 7 1 . 2. 6 Autres portes logiques Opérateur NAND NAND (z NOT AND) est un opérateur à 2 entrées ou plus, dont la sortie vaut O si et seulement si toutes ses entrées valent 1. On a donc à deux entrées . A. B La table de vérité dun NAND à deux entrées, et le dessin usuel de la porte correspondante sont représentés Figure 1. . Figure 1. 7 Table de vérité du NAND,et dessin de la porte Le NAND est un opérateur dit complet, c’est à dire qu’il permet ? lui seul d’exprimer n’importe quelle fonction combinatoire. Il permet en effet de former un NOT, en reliant ses deux entrées : A=A. A . Les théorèmes de De Morgan assurent donc qu’il peut exprimer un ET et un OU, et donc n’importe quelle expression combinatoire. opérateur NOR NOR (z NOT OR) est un opérateur à 2 entrées ou plus, dont la sortie vaut O si et seulem ne de ses
