Voir le doc à distribuer (odt - pdf) et les tableaux vierges (odt - pdf).
Présentation sur un premier exemple
Après avoir vu :
- le binaire et l’hexadécimal,
- quelques circuits électriques implémentant les fonctions logiques ET et OU,
- quelques montages avec des transistors implémentant d’autres fonctions logiques comme NOT et XOR, des bascules, des compteurs et des mémoires…
…on montre un diagramme séquentiel trouvé « dans la nature », afin d’expliquer ce qu’est une horloge et de donner quelques exemples de fréquences.
À chaque clic d’horloge, en combinant des opérations logiques élémentaires, le processeur effectue les opérations suivantes :
- lecture de la valeur dans le registre PC (pour Program Counter), qui vaut
00à l’initialisation ; - chargement de l’instruction située à l’adresse PC depuis la mémoire vive (RAM) dans le registre CI (pour Current Instruction) ;
- « décodage » de l’instruction, ici ProkPap décode les trois quartets de l’instruction, notés I, J et K : I indique le type d’opération à effectuer et le couple JK représente souvent un emplacement dans la RAM (voir le tableau ci-dessous) ;
- exécution de cette instruction (ne pas passer à l’étape 5 s’il faut s’arrêter !) ;
- si l’instruction ne résulte pas par un saut ou un arrêt, ajouter 1 à PC.
Plus simplement :
- où en est-on ?
- que doit-on faire (récupération) ?
- que doit-on faire (décodage) ?
- faisons-le !
- passons à la suite !
Voici une représentation schématique de la RAM avec un premier programme, sans doute le plus simple que l’on puisse écrire. Chaque « case mémoire » est repérée par l’abscisse K et l’ordonnée J (dirigée vers le bas) et peut stocker 12 chiffres binaires (donc 3 quartets).
J \ K | 0 | 1 | 2 | ...
------+-----+-----+-----+-----
0 | A00 | ??? | ??? | ...
1 | ??? | ??? | ??? | ...
2 | ??? | ??? | ??? | ...
. . . . . . . .
. . . . . . . .Questions
- Combien y a-t-il d’emplacements dans la RAM ?
- Quelle est la taille de la mémoire en octets ?
Voici une représentation des registres. Chacun peut stocker 12 bits, sauf O qui en stocke un seul et PC qui en stocke 8.
num | nom | description | valeur
----+-----+------------------------+--------
0 | R | sorte de carrefour | ???
1 | A | sert aux ops. arithm. | ???
2 | B | idem | ???
3 | O | dépassement (overflow) | ?
4 | PC | Program Counter | 00
5 | CI | Current Instruction | ??? (notés IJK)Les trois quartets de CI sont notés IJK, le I correspondant à une des instructions du tableau ci-dessous (chercher dans la colonne I) et le J et le K servant souvent à désigner une adresse dans la RAM (ligne J et colonne K).
I | ASM | Action ( -> signifie «est copié dans» )
---+-----+------------------------------------------
0 | LD | @JK -> R (la valeur à l’adresse JK dans la RAM est copiée dans R)
1 | STO | R -> @JK (la valeur dans R est copiée à l’adresse JK dans la RAM)
2 | MOV | Reg J -> Reg K (le registre num J est copiée dans le reg num K)
3 | ADD | A+B -> R (somme des registres A et B copiée dans R, voir note (1))
4 | SUB | A-B -> R (idem avec différence, voir note (2))
5 | JMP | JK -> PC (la valeur JK est copiée dans PC, c’est un saut)
6 | JPZ | Si R=0 alors JK -> PC (si la condition est vraie, on saute)
7 | JPO | Si O=1 alors JK -> PC (idem)
8 | IN | User -> R (entrée d’une valeur par l’utilisatrice-teur)
9 | OUT | R -> affichage
A | END | arrêt du déroulement du programme
(1) si la somme A+B dépasse la capacité de R, le registre O vaut 1, 0 sinon
(2) si la différence A-B est négative, le registre O vaut 1, 0 sinonLD pour « load », STO pour « store », MOV pour « move », ADD et SUB pour addition et soustraction, JMP ou JP? pour « jump », IN et OUT pour « entrée » et « sortie » et END pour « fin » (ou arrêt).
Exécutons le premier programme !
- Combien vaut PC ?
00. - À l’adresse
00(J=0 et K=0) on trouve l’instructionA00que l’on charge dans CI. - On a pour cette instruction I=A, J=0 et K=0, et d’après le tableau ci-dessous (dans la dernière ligne) il faut arrêter le programme.
Note
- Un registre est un type de mémoire rapide et « proche » du processeur.
- PC est aussi parfois appelé IC pour Instruction Counter.
- Le « décodage » se fait « mécaniquement » ou plutôt électroniquement avec les fonctions logiques qui ont été combinées.
- Techniquement l’étape 4 fait partie de l’étape 3 car elle est réalisée directement.
- Pour I=7 (
IN) on peut imaginer que le processeur fait une pause pour qu’on ait le temps de lui communiquer la valeur.
Pour donner une image simplifiée d’un processeur qui « décode », on peut imaginer un circuit intégré branché de cette façon :
12 bits de CI
I J K _________ connexion à la RAM (LD et STO) + I/O
|||| |||| |||| /
+--------------+
12 ---+| |+===
bits ---+| |+=== 8 bits
de ---+| |+=== de PC
R ---+| |+===
+--------------+
|||| |||| | \_________ connexion à l’horloge
A B OÀ vous d’écrire vos premiers programme :
- afficher zéro et s’arrêter,
- afficher « HELLO » et s’arrêter,
- demander une valeur à l’utilisateur et afficher cette valeur plus un.
Deuxième exemple
Note
Liste de tous les
MOV:
- 201 : R → A
- 202 : R → B
- 210 : A → R
- 212 : A → B
- 220 : B → R
- 221 : B → A
Exécutez ce programme :
010 201 011 202 400 612 A00 ... ...
042 013 900 A00 ... ... ... ... ...Idem en remplaçant 042 et 013 par 036 et 036.
Quel est le rôle de ce programme ?
Exercices
- Afficher la plus grande de deux valeurs dans la RAM.
- Compte à rebours de la valeur à l’adresse
FFjusqu’à zéro.
TODO
Assembleur, assemblage, organise la mémoire à partir des mnémoniques, des labels…
Parler un peu de calculabilité.
V2, processeur de plus haut niveau, avec :
- Boutons
- PWS
- ALU
Origine et remerciements
BB-Proc est le digne successeur d’OrdiPapier, qui avait quelques défauts. BB-Proc a des entrées et sorties plus simples et utilise de l’hexadécimal.
Merci à Bordeaux (Philippe?), stagiaire et formation NSI.