Architecture d'un micro-processeur

Avant d'étudier l'architecture détaillée d'un micro-processeur précis, on aborde ici l'architecture globale d'un micro-processeur. Tous les micro-processeurs conçus jusqu'à aujourd'hui s'organisent globalement de même façon. Ils peuvent être décomposés en quatre composants décrits par le modèle de von Neumann.

Modèle de von Neumann

Le modèle de von Neumann donne les quatre composants essentiels qui constituent un micro-processeur. Il décrit également les interactions entre ces différents composants.

Les quatre composants du modèle de von Neumann sont les suivants.

1. unité de contrôle
2. unité de traitement
3. mémoire
4. unité d'entrées/sorties

Modèle de von Neumann

Organisation interne des composants

Unité de contrôle

Unité de traitement

Mémoire

Le registre d'adresse (Memory Address Register) est le registre où est stocké l'adresse de la case mémoire lue ou écrite lors d'un accès à la mémoire. La donnée transite par le registre de donnée (Memory Data Register). Lors d'une lecture, la donnée parvient au processeur dans ce registre. Lors d'une écriture, la donnée est placée dans ce registre par le processeur avant d'être écrite dans la case mémoire.

Mémoire

Instructions

Cycle d'exécution

1. chargement de l'instruction
2. décodage de l'instruction
3. calcul des adresses des opérandes
4. chargement des opérandes
5. exécution
6. mise en place du résultat

Registres PC et IR

Le compteur de programme (PC pour Program counter) contient en permanence l'adresse de la prochaine instruction à exécuter. À chaque début de cycle d'exécution, l'instruction à exécuter est chargée dans le registre IR à partir de l'adresse contenue dans le registre PC. Ensuite, le registre PC est incrémenté pour pointer sur l'instruction suivante.

Le registre d'instruction (IR) contient l'instruction en cours d'exécution. Ce registre est chargé au début du cycle d'exécution par l'instruction dont l'adresse est donnée par le compteur de programme PC.

Codage des instructions

Les instructions exécutés par le processeur sont stockées en mémoire. Toutes les instructions possibles sont représentées par des codes. Le code d'une instruction est appelé op-code. Les op-code peuvent être de longueur fixe comme dans le LC-3 ou de longueur variable comme dans le Pentium.