Microprocesseur: Fonctionnement & Applications

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par malek zribi, ISET Sfax

À propos de ce cours

Un microprocesseur est un circuit intégré complexe caractérisé par une très grande intégration et doté des facultés d'interprétation et d'exécution des instructions d'un programme. Il est chargé d’organiser les tâches précisées par le programme et d’assurer leur exécution. Il doit aussi prendre en compte les informations extérieures au système et assurer leur traitement. C’est le cerveau du système. A l’heure actuelle, un microprocesseur regroupe sur quelques millimètres carrés des fonctionnalités toujours plus complexes. Leur puissance continue de s’accroître et leur encombrement diminue régulièrement respectant toujours, pour le moment, la fameuse loi de Moore

OBJECTIFS :

Connaître le rôle de microprocesseur
Connaître les différents composants d’un microprocesseur et leurs rôles.
Comprendre le fonctionnement du microprocesseur et l’interaction entre les différentes unités.
Maîtriser les étapes nécessaires à l’exécution des programmes par le microprocesseur.

Programme du cours

Objectifs d'apprentissage

Comprendre le rôle fondamental d'un microprocesseur dans un système informatique.
Identifier les différents composants internes d'un microprocesseur (ALU, registres, unité de contrôle, etc.) et leurs fonctions spécifiques.
Analyser le cycle d'exécution des instructions (fetch, decode, execute, write-back).
Maîtriser les concepts d'architecture (RISC vs CISC, pipeline, parallélisme).
Étudier l'évolution technologique des microprocesseurs (loi de Moore, multi-cœurs).
Appliquer des méthodes d'optimisation pour les programmes exploitant les capacités du microprocesseur.

Public cible

Ce cours s'adresse aux étudiants en informatique, ingénierie électronique ou technologies numériques (niveau licence/master), ainsi qu'aux professionnels souhaitant approfondir leur compréhension des architectures matérielles. Des bases en électronique numérique et programmation (langage C ou assembleur) sont recommandées pour tirer pleinement profit des contenus.

Contenu détaillé

1. Introduction au microprocesseur

Définition historique et enjeux actuels. Différence entre microprocesseur, microcontrôleur et CPU. Exemples d'applications (ordinateurs, IoT, systèmes embarqués).

2. Architecture interne

Unité de traitement (ALU) : Opérations arithmétiques et logiques
Registres : Accumulateur, pointeur d'instructions, registres d'état
Bus internes : Données, adresses, contrôle
Mémoire cache : Niveaux L1/L2/L3, politiques de remplacement

3. Cycle d'exécution

Détail des 4 phases avec chronogrammes. Gestion des interruptions (IRQ). Exemples en langage assembleur (MOV, ADD, JMP).

4. Évolutions technologiques

Impact de la miniaturisation (7nm, 5nm). Architectures multi-cœurs et hyperthreading. Limites physiques et alternatives (quantique, neuromorphique).

Méthodes pédagogiques

Cours théoriques illustrés par des schémas animés
TP sur émulateurs (MARS MIPS, QEMU)
Analyse de benchmarks (SPEC CPU, Geekbench)
Étude de cas concrets (processeurs x86, ARM, RISC-V)

Évaluation

Projet pratique de simulation d'architecture (50%) + Examen final sur les concepts clés (50%). Des exercices formatifs sont proposés chaque semaine via la plateforme en ligne.