Architecture mémoire en informatique

Architecture mémoire

• La mémoire de lecture/écriture est un grand bloc contigu de cases mémoires. Elle est utilisée pour stocker les programmes et les données.
• Deux architectures distinguent les processeurs selon l'organisation des mémoires de données et de programme :
  • Architecture Von Neumann
  • Architecture Harvard

Architecture Von Neumann

• Un système utilisant le même espace mémoire pour les données et les instructions a une architecture de type Von Neumann.
• Exemples d'architectures Von Neumann : PC, 6809, 68HC11

Architecture Harvard

• Les microprocesseurs utilisant des espaces mémoires distincts pour les données et les instructions du programme ont une architecture de type Harvard.
• Exemples d'architectures Harvard : PIC, DSP

Architectures RISC et CISC

• L'architecture des microprocesseurs se compose de deux grandes familles :
  • CISC (Complex Instruction Set Computer) : Instructions nombreuses et complexes.
  • RISC (Reduced Instruction Set Computer) : Instructions réduites et plus simples.
• L'architecture RISC privilégie les instructions fréquemment utilisées, ce qui améliore les performances de calcul.

Microcontrôleur

• Un microcontrôleur est un circuit intégrant un maximum de fonctions dans un même boîtier.
• Cela simplifie la création d'applications.
• Un microcontrôleur est capable de traiter, de stocker et de restituer de l'information.
• Il est notamment constitué d'un microprocesseur.

Microcontrôleur PIC

• Les microcontrôleurs PIC sont conçus par Microchip.
• Ils offrent un bon rapport performance/prix en alliant performance, faible coût, facilité de mise en œuvre et faible encombrement.
• Ils utilisent une architecture Harvard et une architecture RISC.

Famille des PICs

• Microchip propose trois familles de PIC :
  • Base-Line : Instructions codées sur 12 bits.
  • Mid-Range : Instructions codées sur 14 bits.
  • High-End : Instructions codées sur 16 bits.
• Certaines versions du PIC existent en ROM, en EEPROM ou en mémoire Flash.

Identification des PICs

• Un PIC est identifié par un numéro de la forme xxXXyy-zz :
  • xx : Famille du composant (12, 14, 16, 17, 18)
  • XX : Type de mémoire de programme (C - EPROM ou EEPROM, CR - PROM, F - FLASH)
  • yy: Identification
  • zz : Vitesse maximale du quartz

Le PIC 16F84

• 35 instructions codées chacune sur 14 bits.
• Données sur 8 bits.
• 1 cycle machine par instruction, sauf pour les sauts (2 cycles machine).
• Vitesse maximale : 10 MHz, soit une instruction en 400 ns (1 cycle machine = 4 cycles d'horloge).
• 4 sources d'interruption.
• 1000 cycles d'effacement/écriture pour la mémoire flash, 10 millions pour la mémoire de données EEPROM.

Architecture interne du PIC 16F84

• Mémoire Flash ROM de 1024 x 14 bits pour le programme.
• Mémoire RAM de 68 x 8 bits pour les données.
• Mémoire EEPROM de 64 x 8 bits pour les données.
• Pile de 8 niveaux.
• Registre d'instructions contenant le code de l'instruction à exécuter.
• Unité arithmétique et logique (ALU).
• Deux ports d'entrées/sorties (A et B) ou timer (TMR0).
• Oscillateur.
• Décodeur d'instructions.
• Chien de garde (watchdog).

Cadencement du microcontrôleur

• Quartz : Très bonne stabilité (10 ppm).
• Résonateur céramique : Stabilité (0.5%), moins coûteux que le quartz.

Organisation de la mémoire

• La structure Harvard des PICs fournit un accès séparé à la mémoire de programme, la mémoire Flash, la mémoire RAM et la mémoire EEPROM.

Les Ports d'entrée/sortie du PIC 16F84

• Le PIC 16F84 possède des ports parallèles qui servent à recevoir des informations ou piloter des modules externes.
• Ces ports sont souvent bidirectionnels, ce qui signifie qu’ils peuvent être configurés en entrée ou en sortie.

Configuration des Ports

• OPTION_REG : Contient les bits de configuration pour divers périphériques.
• TRISA : Détermine la direction (entrée ou sortie) du port A.
• TRISB : Détermine la direction (entrée ou sortie) du port B.
• EECON1 : Contrôle l’accès à l’EEPROM.
• EECON2 : Contrôle l’accès à l’EEPROM.

Détail des Ports

• Port A: Possède seulement 5 broches d’E/S (RA0 à RA4).
• Port B: Possède 8 lignes d’E/S (RB0 à RB7).

Utilisation des Registres

• Pour transmettre une donnée sur un port, on doit écrire la donnée dans le registre PORT correspondant.
• Pour recevoir une donnée sur un port, on doit lire la donnée dans le registre PORT correspondant.

Registres de Commande d'entrée/sortie

• Les registres TRIS (8 bits) sont liés aux registres PORT.
• Ils permettent de programmer chaque ligne des ports en entrée ou en sortie.
• Chaque ligne d’un même port peut donc avoir un rôle différent : transmettre ou recevoir une valeur logique.