2. Structure d'un microprocesseur
10. Exemple de microprocesseur dédié
La réunion dans un même boîtier, de nombreuses fonctions logiques a naturellement conduit à envisager un dispositif capable d’effectuer de multiples opérations logiques et arithmétiques, c’est le microprocesseur. Lorsqu’il est associé à des circuits de stockage de données (les mémoires) et à des circuits d’acquisition ou de restitution de données (les circuits d’entrée et de sortie), il devient alors un des éléments constitutifs d’un micro-ordinateur.
2. Structure d’un microprocesseur
Un microprocesseur doit pouvoir exécuter des opérations logiques et arithmétiques sur des données qui lui sont envoyées. Des instructions, sous forme binaire, qu’il analyse (ou décode) lui sont également fournies, donc, tout un système de circuits logique constitue le microprocesseur. Chaque bloc de circuits à sa fonction propre.
2.1. Les blocs du microprocesseur
2.1.1. L’horloge
C’est un multivibrateur astable, piloté par quartz et qui rythme le fonctionnement du microprocesseur, celui-ci ne pouvant exécuter qu’une tâche à la fois. La fréquence de cette horloge est de plusieurs mégahertz. C’est dire qu’un microprocesseur est capable d’exécuter plusieurs millions d’opérations élémentaires par seconde.
2.1.2. Le compteur ordinal
Ce compteur augmente d’une unité à chaque fois que le microprocesseur a exécuté une tâche. À l’issue de chaque opération, le microprocesseur consulte le contenu du compteur ordinal puis va chercher l’instruction contenue dans les mémoires qui lui sont associées, à l’adresse indiquée par le compteur. Le compteur joue donc le rôle d’un messager chargé d’indiquer l’adresse du prochain travail à effectuer.
2.1.3. L’accumulateur
C’est un registre qui contient le résultat de l’opération en cours. Son contenu change donc à l’issue de chaque opération.
2.1.4. Le registre d’état
Il contient des éléments binaires indiquant l’état électrique dans lequel se trouve le microprocesseur. C’est donc le tableau de bord de la machine. Les constructeurs utilisent ce registre d’état pour mémoriser, par exemple, le signe du résultat d’une opération, la nullité du résultat, le débordement de capacité d’un calcul…
2.1.5. Les registres d’index ou d’adresses
Ils contiennent des nombres binaires qui sont des adresses où se trouvent les données numériques que le microprocesseur doit traiter. Leur contenu peut à tout instant être modifié par l’utilisateur.
2.1.6. L’unité arithmétique et logique (U.A.L.)
C’est l’organe le plus complexe du microprocesseur. L’U.A.L. contient tous les circuits logiques nécessaires aux calculs que celui-ci sait effectuer :
Fonctions logiques ET, OU, NON, OU Exclusif etc.
2.1.7. Le décodeur d’instructions
C’est un bloc logique qui teste les ordres ou instructions arrivant au microprocesseur. Ayant reconnu un ordre, il vient activer le circuit adéquat de l’U.A.L.
2.2. Liaisons du microprocesseur
Afin de communiquer avec le monde extérieur, un microprocesseur comporte des broches que l’on relie par des fils à des blocs externes.
2.2.1. Les lignes de commande
En nombre variable selon les modèles, elles servent à piloter ou à tester le microprocesseur : lancement de l’horloge, arrêt, départ, remise à zéro du compteur ordinal ; elles servent également à commander le mode d’utilisation des mémoires (lecture ou écriture).
2.2.2. Le bus de données
C’est un ensemble de conducteurs qui vont permettre de véhiculer les données numériques sur lesquelles portent les calculs. Sur la figure, c’est l’ensemble de fils D0, D1, D2,….D7. Dans ce cas, on dit que le microprocesseur travaille avec des données de 8 bits. Il existe des microprocesseurs utilisant des données de 16 et 32 et 64 bits.
2.2.3. Le bus d’adresses
Il comporte en général, 16 ou 32 conducteurs appelés A0, A1, A2, A3, …., etc. L’ensemble de ces conducteurs constitue un bus d’adresses sur lequel circulent des 0 et des 1 qui forment un nombre représentant l’adresse de l’instruction que va avoir à exécuter le microprocesseur.
Remarque : les bus d’adresses et de données sont bidirectionnels. Cela veut dire que l’information peut circuler dans les deux sens, du microprocesseur vers l’extérieur et inversement.
2.3. Les registres
Ce sont comme éléments de mémorisation de données ou d’informations que les bascules sont les plus utilisées. Le stockage de données a généralement lieu dans des groupes de bascules appelés "registres".
2.3.1. Registre à décalage
Un registre à décalage consiste en un assemblage de bascules commandées par une horloge commune. L’information est décalée en série d’une extrémité à l’autre du registre.. De ce fait, le registre à décalage comprend généralement une seule entrée de données et une seule sortie en plus de l’entrée d’horloge comme le montre la figure suivante.
2.3.2. Transfert de l’information
La manipulation qu’on fait subir aux données conservées dans des bascules ou des registres est le transfert. Par transfert, on entend l’échange de données d’un registre à l’autre. Il existe quatre façons de transférer de l’information pour l’écriture et la lecture dans un registre :
2.3.3. Rotation
Dans un registre à décalage, le bit présent à la sortie n’est plus mémorisé et cela devient parfois un inconvénient. Dans certaines situations, on veut lire le contenu du registre tout en le préservant. Il devient possible de le faire à l’aide d’une contre réaction en renvoyant la sortie d’un registre à décalage vers l’entrée. Cette option demande cependant l’ajout d’une entrée "MODE" pour commander soit la rotation, soit l’enregistrement des données en série.
