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Tabled esmati`eres

1 Historiqueet ´evolutiond esordinateurs1

1.2 Machines´electrom´ ecaniques..........................1

1.3 Machines´electroniques.............................1

1.4Ma chinesactuelles...............................2

2 Architectureetfonctionnement d"unmicropro cesseur3

2.1St ructured"uncalculateur...........................3

2.2 Organisationde lam´ emoirecentrale......................4

2.3 Circulationdel"information dansun calculateur. .. .. .. .. .. .. .. 5

2.4 Descriptionmat´ erielled"unmicroprocesseur.................6

2.5Fo nctionnementd"unmicroprocesseur.....................6

3 Lesm ´emoires 11

3.1 M´emoiresROMetRAM............................11

3.2 Sch´ema fonctionneld "unem´emoire......................11

3.3 Interfa¸cage microprocesseur/m´emoire.....................12

3.4 Chronogrammesde lecture/´ecriture enm´emoire...............13

3.5 Connectiond eplusieursb oˆıtiersm ´emoire...................14

3.6 D´ecodaged"adresses..............................16

3.7 Classificationdes m´emoires...........................17

4 Lemicropro cesseurIntel808619

4.1 Descriptionphysique du8086.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .19

4.2 Sch´ema fonctionneld u8086.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 20

4.3 Descriptionetutilisation des signauxd u8086.. .. .... .. .. .. .. 20

4.4 Organisationin ternedu8086.... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 26

4.5 Gestiondela m´ emoire parl e8086.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .29

4.6 Lemicropro cesseur8088.... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 32

5 Laprogrammation enassem bleurdumicropro cesseur808633

5.1 G´en´eralit´es................................... 33

5.2Le sinstructionsdetransfert..........................33

5.3 Lesinstructionsarithm ´etiques.........................37

5.4Le sinstructionslogiques............................38

HAGG

EGE, 2003cours de microprocesseur ISETRad`es

iv Table des mati`eres

5.5 Lesinstructionsdebranchement........................ 42

5.6 M´ethodesdeprogrammation.......................... 48

6 Les interfaces dentr´ees/sorties 51

6.1 D´e“nitions.................................... 51

6.2 AdressagedesportsdE/S........................... 52

6.3 Gestion des ports dE/S par le 8086 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6.4 Linterface parall`ele 8255 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

6.5 Linterface s´erie 8250 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

7 Les interruptions 71

7.1 D´e“nitionduneinterruption.......................... 71

7.2 Prise en charge dune interruption par le microprocesseur . . . . . . . . . . 72

7.3 Adresses des sous-programmes dinterruptions . . . . . . . . . . . . . . . . 73

7.4 Les interruptions du 8086 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

7.5 Le controleur programmable dinterruptions 8259 . . . . . . . . . . . . . . 75

Annexe - Jeu dinstructions du 8086 77

Bibliographie 81

ISET Rad`es cours de microprocesseur HAGG`EGE, 2003

Chapitre 1

Historique et ´evolution des

ordinateurs

1.1"Pr´ehistoire»des ordinateurs

Les premi`eres machines `acalculer´etaient purement m´ecaniques : bouliers, abaques, ... (antiquit´e). Premi`ere vraie machine `a calculer : Pascal, 1642, machine `a additionner. Machine `a multiplier : Leibniz, 1694, bas´ee sur les travaux de John Neper (1617, loga- rithmes). Premi`ere machine programmable : m´etier `a tisser, Jacquard,xviii `eme si`ecle, machine `a cartes perfor´ees.

Machine programmable universelle : Babbage,xviii

`eme si`ecle, non r´ealisable avec les tech- nologies de l´epoque (machines `a vapeur), principe des machines actuelles.

1.2 Machines ´electrom´ecaniques

Machine `acalculer`a cartes perfor´ees : Hermann Hollerith, 1885, facilite le recensement am´ericain. Machines industrielles pour la comptabilit´e et les statistiques. Ces machines sont `abase de relais ´electrom´ecaniques (Aiken et Stibitz, 1936-1939).

1.3 Machines ´electroniques

Premi`ere machine `acalculer´electronique : ENIAC, 1944, Eckert et Mauchly, 18000 tubes ´electroniques, machine `a programme cabl´e. Machine `a programme enregist´e : John Von Neumann, 1946, les instructions sont enre- gistr´ees dans la m´emoire du calculateur : ordinateur. Premier ordinateur commercialis´e : SSEC dIBM, 1948. Ordinateur `a transistors : 1963, PDP5 de Digital Equipment Corporation (DEC), intro- duction des m´emoires `a ferrites : mini-ordinateurs. HAGG`EGE, 2003 cours de microprocesseur ISET Rad`es

2 Chapitre 1 - Historique et ´evolution des ordinateurs

Micro-ordinateurs : 1969-70, utilisation des circuits int´egr´es LSI. Premier microprocesseur : Intel, 1971, microprocesseur 4004, puis 8008, premier micro- ordinateur : le Micral, 1973, France, puis lAltair, 1975, Etats-Unis. Autres microprocesseurs : 8080 et 8085 dIntel, 6800 de Motorola, Z80 de Zilog : micro- processeurs 8 bits, d´ebut des ann´ees 1980. Microprocesseurs 16 bits : 8086/8088 dIntel, 68000 de Motorola. Microprocesseurs 32 bits en 1986 : 80386 dIntel et 68020 de Motorola. Fabrication en grandes s´eries des micro-ordinateurs : 1977, Apple, Commodore, Tandy.

IBM PC + MS-DOS (Microsoft) en 1981.

1.4 Machines actuelles

Ordinateurs de plus en plus puissants, bas´es sur des microprocesseurs performants : Pen- tium, Power PC, ... Nouvelles architectures de microprocesseurs : RISC.

Applications multim´edia, r´eseaux, ...

Syst`emes embarqu´es : microcontroleurs, processeurs de traitement de signal (DSP), ... ISET Rad`es cours de microprocesseur HAGG`EGE, 2003

Chapitre 2

Architecture et fonctionnement dun

microprocesseur

2.1 Structure dun calculateur

horloge unité de contrôleregistres unité arithmétique et logique (UAL)unité de transfertunité d'entrées/ sorties mémoire centralemonde extérieur (périphériques, capteurs, actionneurs, ...)unité centrale de traitement (UCT) : ordre ou commande : données

L´el´ement de base dun calculateur est constitu´eparlunit´e centrale de traitement

(UCT, CPU : Central Processing Unit). LUCT est constitu´ee : •duneunit´e arithm´etique et logique(UAL, ALU : Arithmetic and Logic Unit) : cest lorgane de calcul du calculateur; •deregistres: zones de stockage des donn´ees de travail de lUAL (op´erandes, r´esultats interm´ediaires); •duneunit´edecontrole(UC, CU : Control Unit) : elle envoie les ordres (ou com- mandes) `a tous les autres ´el´ements du calculateur a“n dex´ecuter unprogramme.

Lam´emoire centralecontient :

•le programme `aex´ecuter : suite dinstructions ´el´ementaires;

•les donn´ees `a traiter.

HAGG`EGE, 2003 cours de microprocesseur ISET Rad`es

4 Chapitre 2 - Architecture et fonctionnement dun microprocesseur

Lunit´edentr´ees/sorties(E/S) est un interm´ediaire entre le calculateur et le monde

ext´erieur. Lunit´e de transfertest le support mat´eriel de la circulation des donn´ees.

Les ´echanges dordres et de donn´ees dans le calculateur sont synchronis´es par unehorloge

qui d´elivre des impulsions (signal dhorloge) `a des intervalles de temps “xes. D´e"nition: un microprocesseur consiste en une unit´e centrale de traitement (UAL + registres + unit´edecontrole) enti`erement contenue dansun seul circuit int´egr´e.Uncal- culateur construit autour dun microprocesseur est unmicrocalculateurou unmicro- ordinateur.

Remarque: un circuit int´egr´e qui inclut une UCT, de la m´emoire et des p´eriph´eriques

est unmicrocontroleur.

2.2 Organisation de la m´emoire centrale

La m´emoire peut etre vue comme un ensemble decellulesoucasescontenant chacune une information : une instruction ou une donn´ee. Chaque case m´emoire est rep´er´ee par un num´ero dordre unique : sonadresse.

Repr´esentation :

12H C6H 05H 3EH

0000H0001H0002H0003H

contenu des cases mémoireadresse des cases mémoire (généralement notée en hexadécimal) largeur des cases mémoire : en général 1 octet (8 bits) = unité d'adressage Unecasem´emoire peut etre lue ou ´ecrite par le microprocesseur (cas desm´emoires vives) ou bien seulement lue (cas desm´emoires mortes). ISET Rad`es cours de microprocesseur HAGG`EGE, 2003

2.3 - Circulation de linformation dans un calculateur 5

2.3 Circulation de linformation dans un calculateur

La r´ealisation mat´erielle des ordinateurs est g´en´eralement bas´ee sur larchitecture deVon

Neumann:

microprocesseurmémoire E/S BUS périphériques

Le microprocesseur ´echange des informations avec la m´emoire et lunit´e dE/S, sous forme

de mots binaires, au moyen dun ensemble de connexions appel´ebus. Un bus permet de transf´erer des donn´ees sous formeparall`elle,cest-`a-dire en faisant circulernbits simultan´ement. Les microprocesseurs peuvent etre class´es selon la longueur maximale des mots binaires quils peuvent ´echanger avec la m´emoire et les E/S : microprocesseurs 8 bits, 16 bits,

32 bits, ...

Le bus peut etre d´ecompos´e en trois bus distincts : •lebus dadressespermet au microprocesseur de sp´eci“er ladresse de la case m´emoire `a lire ou `a´ecrire; •lebus de donn´eespermet les transferts entre le microprocesseur et la m´emoire ou les E/S; •lebus de commandetransmet les ordres de lecture et d´ecriture de la m´emoire et des E/S. microprocesseurmémoire E/S périphériques largeur du bus (nombre de bits en parallèle) 8 16 bus de données bus d'adresses bus de commande Remarque: les bus de donn´ees et de commande sontbidirectionnels, le bus dadresse estunidirectionnel: seul le microprocesseur peut d´elivrer des adresses (il existe une d´erogation pour les circuits dacc`es direct `alam´emoire, DMA). HAGG`EGE, 2003 cours de microprocesseur ISET Rad`es

6 Chapitre 2 - Architecture et fonctionnement dun microprocesseur

2.4 Description mat´erielle dun microprocesseur

Un microprocesseur se pr´esente sous la forme dun circuit int´egr´e muni dun nombre g´en´eralement important de broches. Exemples : •Intel 8085, 8086, Zilog Z80 : 40 broches, DIP (Dual In-line Package);

•Motorola 68000 : 64 broches, DIP;

•Intel 80386 : 196 broches, PGA (Pin Grid Array).

Technologies de fabrication : NMOS, PMOS, CMOS.

On peut repr´esenter un microprocesseur par sonsch´ema fonctionnel: microprocesseurhorloge reset signaux de commande du microprocesseurn bits p bits bus d'adresses bus de commande bus de donnéesalimentation

2.5 Fonctionnement dun microprocesseur

Un microprocesseur ex´ecute unprogramme. Le programme est une suite dinstructions stock´ees dans la m´emoire. Une instruction peut etre cod´ee surun ou plusieurs octets.

Format dune instruction :

opération à effectuer opérande 1 opérande 2 données traitées par l'opération

Exemple :

ADDITIONNER

op´eration case m´emoire 1,case m´emoire 2 op´erandes ISET Rad`es cours de microprocesseur HAGG`EGE, 2003

2.5 - Fonctionnement dun microprocesseur 7

Rangement en m´emoire :

3EH0000H0001H

0002H opérande 1opérande 2 code opératoire de l'additioninstruction n opérande p Pour ex´ecuter les instructions dans lordre ´etabli par le programme, le microprocesseur doit savoir `a chaque instant ladresse de la prochaine instruction `aex´ecuter. Le micropro- cesseur utilise un registre contenant cette information. Ce registre est appel´epointeur dinstruction(IP : Instruction Pointer) oucompteur dinstructionsoucompteur ordinal.

Exemple :

0000H0001H

0002H opérande 1opérande 2instruction n opérande p

3A2BH3A2BHpointeur

d'instruction adresse de la prochaine instruction à exécuter instruction 1 Remarque: la valeur initiale du pointeur dinstruction est “x´ee par le constructeur du microprocesseur. Elle vaut une valeur bien d´e“nie `achaquemisesoustensiondu microprocesseur ou bien lors dune remise `az´ero (reset).

Pour savoir quel type dop´eration doit etre ex´ecut´e (addition, soustraction, ...), le mi-

croprocesseur lit le premier octet de linstruction point´ee par le pointeur dinstruction (code op´eratoire) et le range dans un registre appel´eregistre dinstruction.Lecode

op´eratoire estd´ecod´epar des circuits de d´ecodage contenus dans le microprocesseur. Des

signaux de commande pour lUAL sont produits en fonction de lop´eration demand´ee qui est alors ex´ecut´ee. Remarque:pourex´ecuter une instruction, lUAL utilise desregistres de travail, exemple : laccumulateur, registre temporaire recevant des donn´ees interm´ediaires. HAGG`EGE, 2003 cours de microprocesseur ISET Rad`es

8 Chapitre 2 - Architecture et fonctionnement dun microprocesseur

Pendant que linstruction est d´ecod´ee, le pointeur dinstruction est incr´ement´e de fa¸con `a

pointer vers linstruction suivante : instruction n opérande p

3A2BH3A2BH

pointeur d'instruction instruction n+1 3A2DH 3A2CH 3A2DH puisleprocessusdelectureetded´ecodage des instructions recommence. A la suite de chaque instruction, un registre du microprocesseur est actualis´e en fonction du dernier r´esultat : cest leregistre d´etatdu microprocesseur. Chacun des bits du registre d´etat est unindicateur d´etatou"ag(drapeau). Exemple : registre d´etat du microprocesseur Z80 :

01234567

SZ AC

P/O N C

signe zéro retenue auxiliaireparité/ dépassementsoustraction retenue (carry)

Les indicateurs d´etat sont activ´es lorsquune certaine condition est remplie, exemple : le

"ag Z est mis `a1lorsqueladerni`ere op´eration a donn´eunr´esultat nul, le "ag C est mis `aunlorsqueler´esultat dune addition poss`ede une retenue, ...

Les indicateurs d´etat sont utilis´es par les instructions desaut conditionnels: en fonction

de l´etat dun (ou plusieurs) "ags, le programme se poursuit de mani`ere di´erente.

Toutes ces ´etapes (lecture de linstruction, d´ecodage, ex´ecution) sont synchronis´ees par

un s´equenceur qui assure le bon d´eroulement des op´erations : horloge séquenceur micro-codepointeur d'instruction registre d'instruction décodeur exécutionbus d'adresse bus de commande : "lire la mémoire" bus de donnéesmémoire ISET Rad`es cours de microprocesseur HAGG`EGE, 2003

2.5 - Fonctionnement dun microprocesseur 9

Pour ex´ecuter le programme contenu dans la m´emoire centrale, le s´equenceur du micropro- cesseur ex´ecute lui-meme un programme appel´emicro-code, contenu dans une m´emoire morte `a lint´erieur du microprocesseur.

Le s´equenceur est dirig´e par une horloge qui d´elivre un signal de fr´equence donn´ee per-

T1T2T3cycle d'instruction

période d'horloge (microcycle) recherche dequotesdbs_dbs16.pdfusesText_22

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