Fiche de révision : Architecture des ordinateurs

📋 Plan du Cours

1. Interface matériel logiciel
2. Mémoire et registres
3. Instructions et cycle processeur
4. Formats des instructions
5. Organisations des machines
6. Modes d’adressage
7. Organisation des données en mémoire

📖 1. Interface matériel logiciel

🔑 Notions clés & Définitions

• Interface matériel/logiciel : Relie le logiciel au matériel par des unités de mémorisation et un répertoire d’instructions appelé jeu d’instructions.

★ À maîtriser

📌 La machine ne comprend pas directement les instructions d’un langage comme C, qui doivent être traduites en langage machine représenté en binaire.

Compléments

• Un programme C est également représenté en binaire sur disque ou en mémoire pendant l’édition ou la compilation, notamment sous forme de code ASCII ou Unicode.

💡 Astuce mémo

Logiciel traduit en binaire, matériel exécutant les instructions

📖 2. Mémoire et registres

🔑 Notions clés & Définitions

• Compteur ordinal : Contient l’adresse de l’instruction en cours d’exécution.

★ À maîtriser

• La mémoire peut être vue comme un tableau de Nmax octets, adressés de 0 à Nmax−1, dont chaque octet contient 8 bits.

• La mémoire manipule des octets, des demi-mots, des mots et des longs mots, tandis que la taille du mot varie selon les processeurs et vaut au moins 32 bits pour la plupart des processeurs actuels et 64 bits pour les plus récents.

📌 Les registres sont des unités de mémorisation rapides situées dans le processeur, tandis que la mémoire est une unité de mémorisation plus lente.

Compléments

• L’accès aux registres est environ 10 fois plus rapide que l’accès à la mémoire, et le cache accélère également l’accès à la mémoire.

• Le registre d’état contient notamment les codes condition, le mode du processeur et le masque des interruptions.

💡 Astuce mémo

Mémoire lente contre registres rapides

📖 3. Instructions et cycle processeur

🔑 Notions clés & Définitions

• Instruction : Comporte l’identification de l’opération, la désignation des opérandes sources et du résultat, ainsi que la désignation de l’instruction suivante.

★ À maîtriser

• 🔄 Le cycle du processeur suit les étapes suivantes:
  1. Recherche de l’instruction en mémoire (Fetch)
  2. Décodage de l’instruction (Decode)
  3. Recherche des opérandes
  4. Exécution (Execute)
  5. Rangement des résultats
  6. Passage à l’instruction suivante

Compléments

• La mémoire principale est notée M, et la valeur contenue à l’adresse a est notée M[a].

• Une instruction est constituée de plusieurs champs de bits dont les valeurs sont déterminées lors du décodage selon le format des instructions.

💡 Astuce mémo

Fetch → Decode → recherche des opérandes → Execute → résultat → instruction suivante

📖 4. Formats des instructions

🔑 Notions clés & Définitions

• Machine à trois adresses : Encode un code opération, deux opérandes sources et une adresse de résultat, tandis que l’instruction suivante est implicitement celle qui suit en mémoire.
• Machine à deux adresses : Dans une machine à deux adresses, le résultat remplace le premier opérande, ainsi l’instruction add a1, a2 réalise M[a1] ← M[a1] + M[a2].

★ À maîtriser

📌 Une machine à trois plus une adresses encode explicitement l’opération, les opérandes et l’adresse de l’instruction suivante, alors qu’une machine à trois adresses rend cette instruction suivante implicite.

Compléments

• Pour réaliser l’opération add x, a, b sur une machine à deux adresses, il faut d’abord transférer a vers x avec move, puis effectuer add x, b.

• Dans un exemple de calcul de X = (A+B+C)/((D*E)/F−G), la machine à trois adresses utilise 6 instructions, tandis que la machine à deux adresses en utilise 8.

📖 5. Organisations des machines

🔑 Notions clés & Définitions

• Machine à une adresse : Utilise un accumulateur implicite : les opérations arithmétiques combinent l’accumulateur avec une valeur mémoire, et load et store assurent les transferts.
• Machine à registres adressables : Dispose de plusieurs registres numérotés pouvant jouer le rôle de l’accumulateur, avec généralement 8, 16 ou 32 registres.
• Machine à pile : Utilise une pile câblée : les instructions de calcul prennent implicitement leurs opérandes sur la pile et y rangent le résultat, tandis que push et pop transfèrent les données avec la mémoire.

★ À maîtriser

📌 Dans une approche Load/Store de type RISC, les opérations de calcul s’effectuent entre registres et seuls load et store accèdent à la mémoire.

Compléments

• La machine à zéro adresse retrouve l’écriture post-fixée, aussi appelée notation polonaise inverse.

💡 Astuce mémo

3+1 adresses → 3 adresses → 2 adresses → 1 adresse → registres → pile

📖 6. Modes d’adressage

🔑 Notions clés & Définitions

• Adressage immédiat : L’opérande est une constante égale à l’adresse primitive AP et aucun accès mémoire supplémentaire n’est effectué.
• Adressage indexé : En adressage indexé, l’adresse effective est obtenue en ajoutant le contenu d’un registre d’index à l’adresse mémoire de base, soit AE = AM + RX[k].

★ À maîtriser

📌 En adressage direct mémoire, l’adresse effective vaut AP et l’opérande vaut M[AP], tandis qu’en adressage direct registre l’opérande vaut R[AP].

📌 En adressage indirect mémoire, l’adresse effective vaut M[AP] et l’opérande vaut M[M[AP]], tandis qu’en adressage indirect registre l’opérande vaut M[R[AP]].

Compléments

• Les formes d’auto-indexation sont:

  • pré-incrémentée
  • post-incrémentée
  • pré-décrémentée
  • post-décrémentée

• L’adressage relatif au compteur ordinal utilise un déplacement par rapport au contenu du CO, lequel est déjà incrémenté pendant la phase de fetch.

📖 7. Organisation des données en mémoire

🔑 Notions clés & Définitions

• Alignement : Impose que les objets soient rangés à des adresses multiples de leur taille, par exemple les mots sur des frontières de mots.

★ À maîtriser

📌 En big endian, l’adresse du mot est celle de l’octet de poids forts, tandis qu’en little endian elle est celle de l’octet de poids faibles.

Compléments

• Les processeurs adressent presque tous la mémoire par des entités de 8 bits depuis 1980 environ.

📌 Un accès à un objet non aligné peut nécessiter plusieurs accès mémoire et la lecture d’un objet à une adresse qui n’est pas multiple de sa taille constitue une erreur.

💡 Astuce mémo

Big endian place le poids fort en premier, little endian le poids faible

📊 Tableaux de synthèse

Organisations des machines