Cours d’Architecture des ordinateurs

1 Cours d Architecturedes ordinateursL2 Informatique 2014/2015version du 23 septembre 2014S everine FrataniPeter Niebert2 Table des mati`eres1 Syst`emes de num eration .. en baseb.. des codages .. obtenir une ecriture en baseb.. Codage de l information .. arithm etique binaire .. esentation des nombres entiers en binaires .. esentation des nombres `a virgule .. des caract`eres ..142 Alg`ebre de Alg`ebre binaire .. et es .. Fonction Bool eennes .. normale disjonctive .. normale conjonctive .. de fonctions bool eennes : tables de Karnaugh.

2 183 Circuits Portes logiques .. Circuits combinatoire .. circuit Majorit e .. additionneurs .. d ecodeur .. multiplexeur .. Unit e arithm etique et logique ..264 Compl ement sur les tables de Les d al eas .. d un aleas .. evoir les al eas .. les al eas .. Avantages des tables de Karnaugh .. Inconv enients des tables de Karnaugh .. Regroupement de 0 dans les tables de Karnaugh ..335 Logique electronique, Codage par tension .. Logique electro-m ecanique .. Transistors comme interrupteurs.

3 Amplification .. Logique `a trois etats ..3934 TABLE DES MATI` Calcul et Energie .. Vitesse et Energie .. D autres logiques, l exemple RTL .. CMOS et Verilog .. en Verilog ..436 Circuits s La bascule RS .. de la bascule RS .. RS : le circuit .. RS : un autre circuit .. D .. Bascules synchrones .. de synchronisation .. Les diff erents types de bascules et leur repr esentation symbolique .. RS synchrone .. D .. JK .. bascule T .. For cage des bascules .. Les registres.

4 El ementaire .. `a d ecalage ..557 Les m G en eralit es .. d une m emoire .. de m emoires .. ethodes d acc`es .. Types de m emoire .. emoires mortes (ROM) .. emoires volatiles (RAM) .. Registres .. Bancs de registres .. ecodeurs - multiplexeurs : rappels .. de registres .. M emoire centrale .. de la M emoire centrale .. de la m emoire centrale .. Assemblage de boitiers m emoire .. M emoire et erreurs .. M emoire Logique .. M emoire Virtuelle ..698 Machines de Mealy - Machines de Introduction - Un exemple simple.

5 Abstraction de circuits s equentiels .. Machine de Mealy .. efinition .. l abstraction `a la machine de Mealy .. Machine de Moore .. de Moore : d efinition ..80 TABLE DES MATI` Comparaison de Mod`eles .. R ealisation de circuits s equentiels synchrones .. ealisation cabl ee .. Conclusion ..859 Langage d assemblage .. d instructions .. d adressage .. d ex ecution d une instruction .. Assembleur MIPS .. MIPS .. emoire .. MIPS .. MIPS .. dans la m emoire principale.

6 Conditionnels .. inconditionnels .. Appel de sous-programmes .. Appel de sous-programmes : exemple .. De l assembleur `a l ex ecution .. d instructions MIPS ..966 TABLE DES MATI`ERESI ntroductionA refaire ! ! !78 TABLE DES MATI`ERESC hapitre Syst`emes de num erationLes nombres sont usuellement repr esent es en base 10. Chaque chiffre apparaissant dans unnombre est le coefficient d une puissance de 10. Par exemple, le nombre 145 correspond au nombreobtenu par l op eration suivante : 1 102+ 4 101+ 5 100. Ce type de num eration peut- etreappliqu e `a n importe quelle autre Numeration en baseb Etant donn e un entier positifb, chaque nombre entierxpeut etre repr esent e de mani`ere uniquepar un nombreanan 1 a0, tel quean6= 0 et pour touti [0,n],ai [0,b 1] etx=an bn+ a0 , pour les bases sup erieures ou egales `a 11, les symboles (ou chiffres) usuels (0, 1.)

7 ,9) ne permettent pas une ecriture non ambig ue. Par exemple, en base 11, on ne sais pas si lenombre 10 d esigne 10 110ou 1 111+ 0 110. Pour ces bases, il faut donc enrichir l ensemble dessymboles (ou chiffres) utilis es pour le codage. Par exemple, en base 16, tr`es utilis ee en informatique,les chiffres sont 0,1,..,9,a,b,c,d,e,f, o`ua= 10,b= 11,c= 12,d= 13,e= 14 etf= toute la suite, afin d eviter toute confusion, nous utiliserons la notationxbpour indiquerque le nombrexest repr esent e en Taille des codagesEn informatique, les nombres ne peuvent pas avoir une taille arbitrairement grande.

8 Ils ontdonc toujours une taille fix eterminons la plage de nombres que l on peut ecrire en basebavec des nombres de taillen: il y anplaces possibles pouvant contenir chacune un chiffre entre 0 etb 1, soitbnnombresdiff erents. Surnchiffres, on ecrit donc les nombres compris entre 0 etbn 1. Comment obtenir une ecriture en `A partir d un nombre en base 10 Voyons par exemple comment ecrire le nombre 145 en base 8. On remarque facilement la suited egalit es suivante :145 = 1 + 8 18= 1 + 8 (2 + 8 2)= 1 + 8 (2 + 8 (2 + 8 0))= 1 + 2 8 + 2 8 8= 1 80+ 2 81+ 2 82On obtient donc 14510= en d eduit facilement un algorithme g en eral utilisant les op erations suivantes :la division enti`ere :div, le modulo : une baseb, un entierx`a ecrire en basebResult: un nombrean 1 a0avecx [bn 1,bn 1] et chaqueai [0,b 1].

9 I= 0 ;whilex6= 0doai=xmodb;x=xdiv b;i=i+ 1 ;endAlgorithm 1:Ecriture en `A partir d un nombre en basecDans le cas g en eral, si on dispose de l ecriture d un nombre en basec, le plus simple pourobtenir l ecriture en basebest de calculer la valeur du nombre puis d appliquer l algorithme d ecritpr ecedement. Il existe cependant des cas o`u la transformation est plus simple. Imaginons quebestune puissance dec, ,b=ck(par exemplec= 2 etb= 16 = 24), alors on obtient l ecriture enbaseb`a partir de l ecriture en basecen groupant les chiffres park elements `a partir du chiffre depoids faible ( , le chiffre le plus `a droite).

10 Chaque groupe repr esente alors en basecun nombreentre 0 etb 1. Par exemple si on veut passer de la base 2 `a la base 16 :(101110000011)2= ((1011) (1000) (0011))2= (b83)16puisque (1011)2= 1110=b16, 10002= 810= 816, 00112= 310= Codage de l informationDans un ordinateur, l information est cod e en binaire , , en base 2. Les chiffres binairessont appel es des bits. Un bit est donc soit un 0, soit un 1, et une information est repr esent ee parune s equence de bits. Une s equence de 8 bits est appel ee un octet . L arithm etique binaireL arithm etique binaire ressemble `a l arithm etique d ecimale.