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Fonctionnement des microprocesseurs Introduc on Le microprocesseur ne comprend que le langage machine qui est le langage binaire. En réalité il s'agit de signaux électriques que capte le microprocesseur; Le 1 veut dire qu'il y a passage du courant , et 0...

Fonctionnement des microprocesseurs Introduc on Le microprocesseur ne comprend que le langage machine qui est le langage binaire. En réalité il s'agit de signaux électriques que capte le microprocesseur; Le 1 veut dire qu'il y a passage du courant , et 0 non. Mais il n'est pas pra que de communiquer avec le processeur avec le langage binaire ! Pour cela, on a traduit le langage binaire en créant la table ASCII (American Standard Code for Informa on Interchange) que vous pouvez trouver facilement en ligne. Par exemple A, se traduit par 1000001, le B par 01000010. Par exemple Hello World! se traduit par : H: 01001000 e: 01100101 l: 01101100 l: 01101100 o: 01101111 (Espace): 00100000 W: 01010111 o: 01101111 r: 01110010 l: 01101100 d: 01100100 !: 00100001 Grace à ce e table ASCII la communica on sera plus simple ! Architecture du transistor Un processeur est un agencement de transistors. Le transistor se compose de 3 broches : le drain, la source et la grille (voir gure 1). Figure 1 : architecture du transistor ti tt fi ti ti ti  Figure 7 : microprocesseur INTEL 4004 Il se comporte comme un interrupteur commandé par la grille. Il existe 2 types : le nmos qui laisse le courant en sor e si la grille est alimenté et le pmos (c’est l'inverse du nmos). La combinaison de ces transistors permet de former des portes logiques. C’est grace à ces portes (voir gure 3) qu'on peut e ectuer des calculs. Par exemple la porte ET qui prend en sor e la valeur 1 si seulement les deux entrées valent 1. Si l'une des deux entrées vaut 0 alors la sor e vaudra 0. La porte OU qui est di érente de la porte ET vaut 1 si l’une des deux entrées vaut 1. Il existe bien-sûr d’autres portes. La combinaison de ces portes forme l'architecture du processeur à l'image d’une grande ville qui a des zones spéci ques, comme le processeur, qui a des zones dédiées à la mémoire et d'autres au calculs. Figure 2 : les portes logiques Fonc onnement du microprocesseur Globalement, pour executer une instruc on, le microprocesseur : - Charge les données de l'instruc on depuis la mémoire dans son registre d'instruc ons. Le registre d'instruc on con ent l'adresse de l'instruc on à exécuter, ainsi que les opérandes nécessaires à son exécu on. - Décode ensuite l'instruc on en u lisant les circuits de décodage, qui interprètent les bits de l'instruc on et déterminent l'opéra on à e ectuer. - Le microprocesseur exécute l'instruc on en e ectuant l'opéra on spéci ée sur les données. Les résultats de l'opéra on peuvent être stockés dans des registres ou renvoyés à la mémoire. - Le microprocesseur peut ensuite passer à l'instruc on suivante dans la séquence d'instruc ons à exécuter. 2 ti ti ti ti ti ti ti fi ti ti ti ti ti ff ti ti ff ff fi ff ti ti ti ti fi ti ti  Dé ni ons et rôles d’un microprocesseur La gure 3 présente un schéma simpli é des composants d’un microprocesseur. Figure 3: schéma simpli é d’un microprocesseur Les composants de ce schéma sont dé nis comme suit : - Les registres sont des zones de mémoires rapides qui sont stockées temporairement a n d'executer des instruc ons. - La mémoire cache est une mémoire rapide qui réduit les délais d'a ente des informa on stockées en mémoire vive. - L’unité d’instruc on : lit les données qui arrivent, les code, et les envoie à l'unité de contrôle. - L’unité de contrôle comprend le séquenceur qui synchronise l’exécu on des instruc ons au rythme de l'horloge, le compteur ordinal et le registre d'instruc ons qui con ent toutes les instruc ons (voir gure 5). - Ensuite l’unité de calcul accomplit les tâches reçues par l’unité d’instruc on. L’unité de calcul comprend la UAL (Unité Arithmé que et Logique) qui assure les calculs basiques de l’arithmé que ainsi que les opéra ons logiques (voir gure 5). 3 fi fi fi ti ti ti ti ti fi fi fi fi ti ti tt ti ti ti fi ti ti ti  Figure 4 : Unité de contrôle et unité de calcul - le FPU est des né au calculs complexe. - Le registre d'état stock l'état de system. - Le registre accumulateur stock les résultats des opéra ons arithmé ques et logiques - L’unité de ges on des bus gère les ux d'informa ons d’entrées-sor e en interface avec la mémoire vive Notons en revanche, malgré la complexité du microprocesseur, ce dernier ne pourrait faire fonc onner seul un ordinateur seul. En e et, il a besoin des autres composants vus en vidéo in tulée « Les principaux composants d’un ordinateur » (voir gure 4). Figure 5 : Composants nécessaires au bon fonc onnement d’un ordinateur Les futurs rôles des microprocesseurs D'ici quelques années, les transistors seront tellement pe ts qu'on commencera à se heurter à une limite physique et aux e ets de la mécanique quan que qui viendront perturber le fonc onnement des transistors. Ainsi il adviendra le jour où la loi de Moore ne sera plus d'actualité. 4 ti ti ti ti ff fl ff ti fi ti ti ti ti ti ti ti  Cependant les chercheurs et heureusement qu'ils sont là, travaillent pour remédier à ce problème. Une des solu ons seraient d'u liser des cylindres de nanotubes de carbones pour faciliter le passage du courant entre les transistors a n d'éviter les problèmes liés à la mécanique quan ques. Malheureusement on se heurtera quand meme à ce problème malgré ce e solu on. Depuis quelques années, des chercheurs développent des ordinateurs quan ques. Un ordinateur quan que u lise des bits quan ques appelés Q-bits qui peuvent prendre une valeur de 0 ou 1 ou une superposi on de 1 et de 0. Avec ces bits quan ques, nous avons accès à des portes quan ques qui sont di érentes des portes classiques. Plus on a de qbits, plus le processeur quan que sera puissant. Récemment google a présenté Sikamor son ordinateur quan que doté de 54 qbits. Les performances sont inouïes. Sikamor a réalisé un calcul en quelques minutes alors qu'un ordinateur classique aurait pris des milliers d’années avec le meme algorithme! Toutefois, il faudra plusieurs dizaines années avant d’exploiter ces processeurs quan ques. Le problème étant que Sikamore commet beaucoup d’erreurs à cause du coté instable des qbits, et ne peut executer qu'un seul algorithme à la fois. Autant dire qu'il reste beaucoup à faire dans le domaine des ordinateurs quan ques ! 5 ti ff ti ti ti ti ti fi ti ti ti tt ti ti ti ti ti ti