COURS D`ARCHITECTURE INFORMATIQUE l3pc

UNIVERSITE DU SAHEL
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Supérieur(CAMES)
COURS D’ARCHITECTURE INFORMATIQUE l3pc
EXPOSE :
Présenté par :
Professeur :
KEZZA Vœux-De-Dieu
M. SALL
Code CIP:750 636 826
Année Académique : 2012-2013
Microprocesseur
INTRODUCTION
I.
HISTORIQUE
II. PRESENTATION
III. ARCHITECTURE DU MICROPROCESSEUR
IV. LE PROBLEME DE L'ECHAUFFEMENT
CONCLUSION
DEFINITIONS DES SINGLES
WEBOGRAPHIE
Présenté par : Vœu-De-Dieu KEZZA
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Microprocesseur
Début 1946, Presper Eckert et John William Mauchly achevèrent l’ENIAC (Electronic
Numerical Integrator Analyser and Computer), qui est le premier ordinateur entièrement
électronique. Il avait été commandé en 1942 par l’armée américaine afin d’effectuer les
calculs de balistiques qui étaient fait auparavant par plus de 200 personnes. Il pesait 30
tonnes, occupait 72 m² et consommait une puissance équivalente à 160 kW. A l'époque, ce
géant affichait un prix qui s'élevait à près d'un demi-million de dollars. Depuis les ordinateurs
ont fortement évolué, ils sont en moyenne beaucoup plus petits : moins de 1 m3 ; ils pèsent
quelques kilos et consomment une puissance équivalente à environ 100 W.
L'arrivée du microprocesseur dans la société a permis de nombreux changements. Il a
nettement révolutionné le domaine des technologies et de l'informatique. Le microprocesseur,
noté M.P.U. (Micro processor unit) ou C.P.U. (Central Processor Unit) est un circuit intégré
complexe appartenant à la famille des VLSI (Very large scale intégration) capable d'effectuer
séquentiellement et automatiquement des suites d’opérations élémentaires, c’est l’élément de
l’ordinateur, il interprète et exécute aussi les instructions d’un programme.
Ainsi, dans notre travail, nous allons parler des microprocesseurs, tout d’abord, nous
allons faire l’historique du microprocesseur, la présentation du microprocesseur, ensuite
parler de l’architecture d’un microprocesseur, et pour conclure, nous parlerons du problème
de l’échauffement du microprocesseur.
L'histoire des microprocesseurs est intimement liée à celle de la technologie des
semi-conducteurs dont voici les principales étapes :
- 1947 Invention du transistor
- 1958 TEXAS INSTRUMENTS produit le premier circuit intégré (CI)
- 1961 Mise au point des technologies bipolaires TTL et ECL
- 1964 Intégration à petite échelle (SSI de 1 à 10 transistors)
- 1965 Intégration à moyenne échelle (MSI de 10 à 500 transistors)
- 1970 Mise au point de la technologie MOS
- 1971 Intégration à grande échelle (LSI de 500 à 20 000 transistors) et le premier
microprocesseur est sorti des laboratoires d'Intel. Travaillant sur 4 bits et d'une puissance
Présenté par : Vœu-De-Dieu KEZZA
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Microprocesseur
faible l'intérêt de ce nouveau composant électronique ne fut pas évident jusqu'à ce que l'idée
de le transformer en calculatrice fut trouvée.
-1978, l'arrivée du 8088 multiplie déjà cette puissance de calcul par 200 !
Cette date correspond à la naissance des véritables micro-ordinateurs. Arrivent ensuite les
microprocesseurs 68000 et 80286 (16 bits) avec les Macintosh et P.C. que nous connaissons.
Ils ont introduit l'image et le son.
- 1985 Intégration à très grande échelle (VLSI plus de 20 000 transistors) ; C’est l’apparition
de la technologie CMOS permettant un grand degré d’intégration qui a ouvert la voie à la
fabrication de composants capables de contenir l’unité de contrôle et l’unité de traitement
d’un ordinateur sur une seule puce.
Voici un tableau illustrant l’évolution des microprocesseurs :
Modèle
Année
Adresse
réelle
Adresse
virtuelle
INTEL4004
1971
Non
INTEL 8080
1974
INTEL 8086
1978
MOTOROLA
68000
INTEL 80286
1979
INTEL 80386
1985
MOTOROLA
MPC601
INTEL Pentium
1993
HP PA-8000
1996
MOTOROLA
MPC620
1996
12 bits (4
Ko)
16 bits (64
Ko)
20 bits (1
Mo)
24 bits (16
Mo)
24 bits (16
Mo)
24 bits (16
Mo)
32 bits (4
Go)
32 bits (4
Go)
40 bits (1
To)
40 bits (1
To)
MIPS R12000
1999
40 bits (1 64 bits
To)
INTEL Pentium 2
1999
HP PA-8700
2001
Itanium2
2002
36 bits (64 46 bits
Go)
44 bits (16 96 bits
To)
64 bits
64 bits
1982
1993
Non
Non
Non
30 bits
46 bits
52 bits
46 bits
96 bits
80 bits
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Microprocesseur
Remarque : 96 bits d’adresse représentent la possibilité de désigner environ 8.10^28 octets
(80 milliards de milliards de milliards !). La mise en œuvre de la mémoire virtuelle suppose
que soient réalisés des transferts entre mémoire de masse et mémoire centrale. De tels
transferts sont facilités si la mémoire est gérée en pages. On trouvera ce concept de pagination
de la mémoire dès 1985 sur le 80386.
 Quelques Exemples :
 Le 4004
Le 4004, apparu en Mars 1971, intègre 2250 transistors et est doté d'une horloge
à 740KHz. Il traite des données sur 4 bits bien que la mémoire soit organisée en mots de 8
bits. Le Jeu d'instructions comporte 46 instructions codées sur 8 bits. La mémoire maximale
adressable est de 1Ko pour les données (RAM) et 4Ko pour le code (ROM). Le 4004 possède
16 registres de 4 bits utilisables aussi comme 8 registres de 8 bits. Il gère les appels de sous
programmes par une pile interne à 4 niveaux. Le 4040, datant de 1972, ajoute 4 niveaux à
cette pile ainsi que 14 nouvelles instructions et la gestion des interruptions.
Microprocesseur Intel4004
Architecture du microprocesseur Intel 4004
 MOTOROLA68000
Apparu en 1979, le Motorola 68000 est un microprocesseur CISC 16/32 bits
développé par Motorola. C'est le premier de la famille de microprocesseurs souvent appelée
m68k ou 680x0, qui comprend notamment les microprocesseurs Motorola 68010, Motorola
68020, Motorola 68030, Motorola 68040 et Motorola 68060. Le nom du 68000 vient à la fois
de la continuité avec la famille de microprocesseurs Motorola 6800 et du nombre de
transistors qu'il contient, un peu plus de 68 000.
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Microprocesseur
Le microprocesseur qui veut dire :
• Processeur = processor = calculateur (électronique)
• Micro = petite taille
Il est le cœur de l'ordinateur. C'est le composant principal et essentiel de chaque carte
mère. C’est lui qui gère et contrôle la totalité des procédures et des enchaînements, exécute les
instructions des programmes. Sans lui, un fonctionnement opérationnel et interactif des autres
composants n’est pas possible, il est relié directement ou indirectement à tous les autres
composants de la carte mère. La structure interne du microprocesseur s’est considérablement
développée au cours de l’évolution du PC, il est devenu notamment nécessaire de concentrer
plus de transistors sur des espaces réduits afin de pouvoir répondre aux exigences de
performances (le premier processeur Intel 4004 comporte 2300 transistors, mais aujourd'hui
un seul processeur comporte plusieurs millions de transistors).
Le Microprocesseur remplit deux fonctions essentielles :
 Le traitement des données :
Nous parlons d'unité de traitement. Cette fonction est dédiée à l'U.A.L. Elle concerne la
manipulation des données sous formes de transfert, opérations arithmétiques, opérations
logiques....
 Le contrôle du système :
Cette fonction se traduit par des opérations de décodage et d'exécution des ordres exprimés
sous forme d'instruction. De la capacité et de la vitesse du Microprocesseur dépendent en
grande partie (mais en partie seulement) les performances du PC. En effet il est cadencé au
rythme d’une horloge interne qui lui envoie des impulsions à une fréquence précise (appelé
top d’horloge). A chaque top d’horloge le microprocesseur accomplie une action, plus il y’a
de top d’horloge plus le système sera rapide. Un microprocesseur cadencé à 600 MHZ
effectuera 600 millions d’opérations par second.
Dans un ordinateur, le microprocesseur n'est pas visible car il est enfermé dans un
boîtier de céramique ou de résine. Ce boîtier est scellé et ne peut être ouvert sans détruire le
microprocesseur.
Le microprocesseur proprement dit est constitué d'une pastille de silicium sur laquelle
sont gravés, par un procédé photochimique, de minuscules circuits. Ces circuits sont
composés de plusieurs millions de transistors. La taille d'un microprocesseur de PC est
d'environ 1 cm x 1,5cm. Plus de 160 contacts électriques aboutissent sur son périmètre. La
taille de ces contacts est donc très petite. C'est pourquoi les microprocesseurs sont enchâssés
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Microprocesseur
dans un boîtier carré de plus grande taille. Différents types de boîtiers sont utilisés pour les
microprocesseurs des PC modernes.
Le microprocesseur ne peut être utilisé seul, il faut ajouter :





Des mémoires pour stocker des données et les programmes.
Des circuits d’entrée/sortie et des interfaces
Des circuits annexes (multiplexeur, décodeurs)
Une horloge
L’alimentation
 Les principaux composants du microprocesseur
 Le transistor
Le transistor est le composant fondamental du microprocesseur. Il permet d’y contrôler la
tension électrique, il joue donc un rôle de modulation du courant.
 La résistance
La résistance est un composant du microprocesseur permettant de ralentir le courant, mais il
va en même temps créer un effet joule. C’est-à-dire la transformation de l’énergie électrique
en énergie thermique, ce qui va entraîner la création de chaleur, d’où la présence d’un
ventilateur dans les ordinateurs.
 Le bus
Le bus est un ensemble de fils conducteurs. Il fait passer l’information entre les différents
composants.
 L’UAL
L’unité arithmétique et logique (UAL) se charge d’effectuer tous les calculs arithmétiques.
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Microprocesseur
L’architecture est l’organisation des éléments composant un système
informatique (Fred Brooks, 1962) ; le microprocesseur à deux(2) sortes d’architectures, nous
avons L’architecture externe des ordinateurs qui concerne essentiellement la vision qu’ils
offrent à leurs programmeurs en langage de bas niveau(assembleur) aussi son utilisation et
l’architecture interne qui correspond à l’organisation physique de ces machines ainsi que son
coût et sa performance.
Schéma généralisé d’un microprocesseur
Malgré l'usage de techniques de gravures de plus en plus fines, l'échauffement des
microprocesseurs reste approximativement proportionnel au carré de leur tension à une
architecture donnée. Avec la tension (V), la fréquence (f), et un coefficient d’ajustement (k),
nous pouvons calculer la puissance dissipée (P):
P = k * V² * f
Ce problème est lié à un autre, celui de la dissipation thermique, donc il ya souvent des
ventilateurs, et aussi sources de nuisances sonores. Le refroidissement liquide peut être utilisé.
L'utilisation d'une pâte thermique assure une meilleure conduction de la chaleur du processeur
vers le radiateur.
Si l'échauffement ne pose pas de problème majeur pour des applications type ordinateur de
bureau, il en pose pour toutes les applications portables. Il est techniquement facile
d'alimenter et de refroidir un ordinateur fixe. Pour les applications portables, ce sont deux
problèmes délicats. Le téléphone portable, l'ordinateur portable, l'appareil photo numérique, le
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Microprocesseur
PDA, le baladeur MP3 ont une batterie qu'il s'agit de ménager pour que l'appareil portable ait
une meilleure autonomie.
L’apparition des microprocesseurs est due en partie à la Guerre Froide, au moment où
la bataille technologique entre l’URSS et les Etats-Unis était à son apogée.
Les microprocesseurs ont bel et bien révolutionné la société de consommation. Ils ont
permis de développer l’informatique, mais aussi la communication grâce à leur système de
sauvegarde et aux appareils électroniques qui en découlent. Au quotidien, on trouve des
microprocesseurs un peu partout autour de nous et il serait difficile de vivre sans, car la
naissance du microprocesseur a été un tournant majeur du XXe siècle. L’existence de cet
objet pourtant si petit a eu un énorme impact sur la société et l'a définitivement fait évoluer.
Enfin, tout n'est plus qu'une question de course à la puissance de calcul. Chaque bond
technologique apporte son innovation. Aujourd'hui, le multimédia puis le 3 D et le temps réel.
Demain, le monde virtuel ?
CPU : (Central Procession Unit): Unité centrale de traitement
MPU : (Microprocessor unit):unité de microprocesseur
CISC : (Complex Instruction Set Computer):ensemble d’instruction complexe de l’ordinateur
RISC : (Reduced Instruction Set Computer):ensemble d’instruction réduit de l’ordinateur
VLSI : (Very large scale intégration): Très grande échelle intégration
ROM: (Read-Only Memory): mémoire morte
RAM : (Random Access Memory):mémoire vive
CMOS : (Complementary metal–oxide–semiconductor): Complémentaire "semi-conducteur
métallique d'oxyde"
U.A.L : Unité Arithmétique Logique
GAPP : (German American Partnership Program): Programme de Partenariat américain
allemand
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Microprocesseur
PDA (Personal digital assistant) : Assistant numérique personnel
TTL (Transistor-Transistor Logic) : Logique de transistor de transistor
ECL (Emitter Coupled Logic) : logique à couplage d'émetteur
SSI (Server Side Includes) : langage de programmation fait pour être interprété par un serveur
HTTP lorsqu'il sert un document HTML



http://www.iutbayonne.univ-pau.fr/~dalmau/documents/cours/archi/MICROP2007.pdf
http://www.samomoitechnos.com/microprocesseur/introductionaumicroprocesseur.php
http://fr.wikipedia.org/wiki/Microprocesseur#Le_probl.C3.A8me_de_l.27.C3.A9chauf
fement
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