Chaie 6

Les bus

Nousavonsvuommentréaliserdesopérationsarithmétiquesprimitivesetommentréaliser

lesregistres(detravail),autrementditlamémoire.Nousallonsvoirdansehapitre,d'unepart,

ommentréaliserles transferts entre registreset,d'autrepart, omment réaliserlesopérations

arithmétiquesprimitivesaveunseuliruitparopération,parexemplel'additionden'importe

quellepairederegistresaveunseuladditionneur.

Cei permet, par exemple, de onevoir une alulatrie (életronique) ayant des entrées-

sortiesrudimentaires.

6.1 Réalisation des transferts

6.1.1 Transfert diret entre registres

On peut transférerleontenud'un registreBàunregistreA,sansdétruirele ontenu deB,

soitpardeuximpulsionssuessivesommemontréàlagure6.1,l'unedemiseàzéroetl'autre

detransfertdes1.

Figure 6.1Transfertentreregistrespardeuximpulsions

Onpeutaussitransférerles0et les1simultanément(gures 6.2et6.3).

Figure6.2 Premiersystèmedetransfertentreregistresàentréeforée

Dans lestrois asonabesoind'uneimpulsion(et même dedeux danslepremieras) pour

eetuer le transfert, disons pour indiquer à quel moment eetuer le transfert. On l'appelle

Figure6.3Deuxièmesystèmedetransfertentreregistresàentréeforée

Leprinipedeetransfertderegistreàbistablesversregistreàbistablespeutégalements'ef-

fetuer deregistreàinterrupteurs versregistreàbistableetde registreàbistablesversregistre

àampoules.

6.1.2 Le problème topologique de la liaison entre registres

Lapremièreidéepourréaliserlestransfertsestdetoutsimplementrelierunregistreàtousles

autresregistres.Maiseiexigeunâblageonsidérable.En eets'ilya

m

n

(m − 1) × n

m − 1

registresplus

m − 1

m × n

enfautautantpourhaundes

m

m ² × n

huit,elafait80000liaisonsàréaliser.

Poursimplierleâblageàréaliser,ons'inspire desentrauxtéléphoniques.

Letéléphoneéletriqueestdéployédefaçonindustrielletrèspeudetempsaprèssaoneption,

danslaseondemoitiéduXIX

e

sièle:ilsutdedeuxmiros,dedeuxéouteurs,d'unebatterieet

dedeuxlspouruneommuniationd'unpointàunautre(nousavonsvu,enfait,qu'ilsutd'un

seull,enutilisantlaterreàlaplaedudeuxième).Dèslesessaisterminés,desinstallationsxes

sontréaliséesentreertainsendroits.Letéléphoneonnaîtunengouementimmédiat:beauoup

degensveulentommuniquerparemoyen.SiAveutpouvoirommuniqueraveB,CetDalors

ilfauttroisâblespartantdehezlui.Certainesvillesfurentenvahiesparlesâblestéléphoniques

(aériens).

L'inventeurdu téléphone, Graham Bell, a alors l'idée desentraux téléphoniques. Chaque

personne se relie,par unâble, àun seul endroit,appelé entral téléphonique CT. Lorsqu'une

personneAveutparleràunepersonneB,elleappelleleseulendroitqu'ellepeutappeler,'est-

à-dire le entral, et indique à la personne au bout du l (appelée opératrie, ar les garçons

employésàl'originesontviteremplaéspardesfemmes)qu'elleveutparleràB.L'opératriela

reliealors,grâeàuntableau,àB(siBn'estpasdéjàentraindetéléphoner)etlaonversation

peutommener. Ainsisontnéeslesompagniesdetéléphone.

Laongurationdesliaisonsentrelesregistresest inspiréedel'exempletéléphonique,oùles

entraux sontremplaéspardesbus.Dans notreexemple,onpasse de80000liaisonsà800,e

6.1.3 Les bus

6.1.3.1 Notionde bus

Unbus, ou ligne omnibus, est un ensemble de ls surhaun desquels

une informationbinairepeuttransitersousforme de tension.

Lalargeur d'unbusestlenombrede ls (etdon de bitsmaintenus).

Nousreprésenteronstoujoursunbusshématiquementparunseulletnonparplusieursls,

equi estsusantpouromprendree quisepasse.

6.1.3.2 Busdes données

Mêmesielan'estpaslairpourl'instant,nousverronsqu'unordinateuromporteengénéral

troisbus:lebusdesdonnées,lebusdesadresseset lebus desinstrutions.

En touslesas equiest lair'est qu'un(premier)bus estreliéauxregistresd'entrée,aux

registresdesortieetauxregistresdetravail.Onl'appellelebusdesdonnéespourledistinguer

d'autresbuséventuels.

6.1.3.3 Liaisons registresd'entrée busdes données

Touslesregistresd'entréesontreliésaubus desdonnéessuivantleshémadelagure6.4, à

l'aided'uniruitombinatoiredetransfert d'entréeTE.

Figure6.4Liaisonsregistresd'entréebusdesdonnées

Si on prend le as d'unelargeur desdonnées de

n

n + 1

entrées:les

n

Q 1

Q n

n

sortiesquiorrespondrontaux

n

Leiruitdetransfertest toutsimplementonstituéde

n

i

Q i

i

anald'impulsionestdonutilisé

n

Notons E3 (pour Entrée)le anal d'impulsionpour leregistre

e 3

anald'impulsionaupluspeutsetrouveràunniveauhaut.Lorsqueleanald'impulsionE3,par

exemple, est traversé par une impulsion, appelée signal d'éhantillonnage, en temps voulu

alors le bus ontient désormais, et pour un temps susamment long pour qu'on puisse faire

quelquehosedeetteinformation,leontenuduregistred'entrée

e 3

6.1.3.4 Liaisonsregistres de sortie busdes données

De même tousles registresde sortie sont reliés au bus des donnéessuivant le shémade la

gure6.5.

Figure6.5Liaisonsregistresdesortiebusdesdonnées

Le iruitombinatoirede transfert de sortieTS possède

n + 1

n

busainsiqu'uneentréepourlesignald'impulsion.Ila

2 × n

R i

S i

desbistablesRS onstituantleregistre.

Cette fois le iruit de transfert est tout simplement onstitué de

2 × n

n

d'impulsionestdonutilisé

2 × n

NousnoteronsSileanald'impulsionorrespondantauregistre

r i

6.1.3.5 Liaisonsbus des données registresde travail

Les registresdetravailsontreliés aubus des donnéesdedeux façons,ommele shématise

lagure6.6,àlafoisommes'ils'agissaitd'unregistred'entréeetd'unregistredesortie.

bus

registre de travail

Figure6.6Liaisonsbusregistresdetravail

Notons ERi(pour Entrée du Registre de travail) le anal d'impulsionpermettant de trans-

mettrel'informationdubusdesdonnéesauregistre

r i

leanald'impulsionpermettantdetransmettrel'informationduregistre

r i

6.1.4 Réalisation d'un transfert via un bus

Supposonsquel'onveuilletransférerl'informationde

e 3

r 5

endeuxétapes:

Onémetune impulsionsurleanalE3,enabrégéune impulsionE3.Ceiapoureetde

transmettrel'informationduregistre

e 3

OnémetensuiteuneimpulsionSR5.Ceiapoureetdetransmettrel'informationdubus

desdonnéesvers

r 5

e 3

r 5

6.1.5 Pupitre de ommande

Le prinipedutransfert est don simple.Reste àsavoirommentl'utilisateur peutenvoyer

lesimpulsions.

Onpeut,dansunpremiertemps,imaginerunpupitrede ommandepilotant

m

d'entrée,

m

m

n

m × n

m × n

4 × m

boutonspoussoirspourlesimpulsions. Neriezpas!n'est-epaseque vousfaiteslorsquevous

utilisezvotrealulettrepourdesalulsomplexes?

Danseasunopérateurhumainesthargéd'exéuterleprogrammepasàpas.L'exéution

d'unprogrammeestassezlongmaismoins longquesionl'exéuteomplètementàlamainar

uneadditions'eetueraenunefrationdeseonde.

6.2 Utilisation des instrutions primitives

Nous venons un peu d'antiiper dans la mise en ÷uvre ave notre pupitre de ommande

puisquenous avonsseulement indiquéommenteetuer lestransferts mais paslesopérations

arithmétiquesprimitives.Voyonsdonmaintenantequ'ilenestpourelles.

6.2.1 L'unité arithmétique

Pour mettre en ÷uvreles opérationsarithmétiques élémentairesque l'on a hoisies (et les

opérationslogiquestelles queleETetleOUbitàbit),lebusdesdonnéesestreliéàuneunité

arithmétique(ouALUpourl'anglaisArithmetialandLogialUnit)ommelemontrelagure

6.7.

bus

OP 1 OP 2

Z U C A

unité arithmétique

Figure6.7L'unitéarithmétique

Cetteunitéarithmétiqueestonstituéededeuxregistresnouveaux,appelésopérandeunet

opérande deux, des iruitsombinatoires permettant de réaliserlesopérationsélémentaires

hoisiesetdesixanauxd'impulsionsappelésOP1,OP2,Z,U,Cet A:

L'impulsionOP1(pourOPérande 1) permet detransférerleontenudu busdes données

dansleregistreopérande un.

L'impulsionOP2(pourOPérande 2) permet detransférerleontenudu busdes données

dansleregistreopérande deux.

L'impulsion Z (pour Zéro) permet de transférer 0sur le busdes données, e qui sert à

réinitialiserlesregistres.

L'impulsionU(pourUn) permet detransférer1surlebusdesdonnées.

L'impulsionC(pourComplémentation)permetdetransférerl'inverse(bitàbit)duontenu

duregistreOP1surlebusdesdonnées.

L'impulsionA(pourAddition)permetdetransférerdanslebusdesdonnéeslasommedes

6.2.2 Mise en ÷uvre des opérations

Considéronsmaintenantunalulateuraveunpupitredeommandepossédant

m

d'entrée,

m

m

n

m × n

teurs pour les registresd'entrée, ainsi que

m × n

4 × m

boutons poussoirs pour les impulsions de transfert mais aussisix nouveaux boutons poussoirs

pourdélenherlesimpulsionsOP1,OP2,Z,U,CetA.

Supposonsquel'onveuilleadditionnertroisentiers.Ceis'eetue enquatorzeétapes:

Onplaelepremierentiersurleregistred'entrée

e 1

n

Onplaeledeuxièmeentiersurleregistred'entrée

e 2

n

Onplaeletroisièmeentiersurleregistred'entrée

e 3

n

Onappuie surlebouton E1,e qui apoureet detransmettrel'information duregistre

e 1

OnappuiesurleboutonOP1,equiapoureetdetransmettreetteinformationdansle

registre

op 1

Onappuie surlebouton E2,e qui apoureet detransmettrel'information duregistre

e 2

On appuie sur le bouton OP2, e qui a pour eet de transmettre ette information au

registre

op 2

Onappuiesur lebouton A,e quiapoureetd'additionnerlesdeuxpremiersentiers et

d'enplaerlerésultatsurlebusdesdonnées.

On appuie sur le bouton OP1, e qui a pour eet de transmettre ette somme partielle

dansleregistre

op 1

Onappuie surlebouton E3,e qui apoureet detransmettrel'information duregistre

e 3

OnappuiesurleboutonOP2,equiapoureetdetransmettreetteinformationdansle

registre

op 2

OnappuiesurleboutonA,equiapoureetd'additionnerlestroisentiersetd'enplaer

lerésultatsurlebusdesdonnées.

Onappuiesurlebouton S1,equiapoureetdetransmettrelerésultatdansleregistre

s 1

Onlitlerésultat(enbinaire)surleregistredesortieun.

Onpeutsedemanderquelestl'intérêtd'untelalulateurdenosjours.Detelsalulateurs

életroniquesont eetivementexisté. Leur intérêtne résidait évidemmentpas dansles étapes

detransfert.L'intérêtseomprendlorsqu'onappuiedeuxfoissurleboutond'addition.Pourune

largeurdebusassezgrande,eetueruneadditionàlamainprendraitbeauoupdetempsalors

quedansunalulateuréletroniqueelleesteetuéerapidementetsansrisqued'erreur.

Denosjoursils'agitd'uneétapedanslaoneptiond'unalulateuréletroniqueou,mieux,

6.3 Historique

6.3.1 Calulateurs à pupitre de ommande

On peututiliser unalulateuréletronique,l'analoguede nosalulettesquatreopérations

atuelles, implémentantuniquementquelques opérations maiseetuant elles-i àune vitesse

biensupérieureàelledesalulateursméaniquesdel'époque.Lespremiersalulateurséletro-

méaniqueset életroniquessontréaliséesaveunpupitredeommande.

Nous avonsvu qu'Atanasoffaonçu le premieralulateur életronique,auxÉtats-Unis, Atanaso

en1939.Auprintemps1942,AtanasoffetBerryahèventlaréalisationd'untelalulateur,

onnusouslenomdeABC(Atanaso-BerryComputer).L'opérateurleontrle,étapeparétape,

àpartird'uneonsole.

Lesopérateursdel'ENIAC(1945)disposentdetrois

hh

tablesdefontions

ii

,onstituéespar ENIAC

les panneaux mobiles, pour introduire soit des nombres (e qui nous intéressera ii), soit des

instrutionsdanslealulateur.Chaquetabledefontionpeutenregistrer104informationsà14

positions(unnombrede12hiresetsonsigne,oudeuxnombresdesixhiresetdeuxsignes).

Il faut aller devant le tableau deommande et introduire, hireaprès hire, les nombres

(oulesinstrutions)entournantàlamaindesommutateursàadrans:4368ommutateursà

positionnerpourlamiseen÷uvreomplètedestroistables!Maisaprèsesfastidieusesopérations

initiales,lesiruitsalulateurdel'ENIACpeuventaéderàunnombre(ouuneinstrution)en

unmillièmedeseonde.L'eaitédel'ENIACreposedonlargementsurlavitessedetransfert

desdonnéeset desinstrutionsentresesdiérentesunités.

La sortiedesrésultats sefaitparleture diretedes nombres ahésparde petites lampes

témoinssurlepanneaufrontaldesaumulateurs.Cetteleturen'adesensquelorsqu'unau-

mulateuranidetravailler.

Nousvenonsdedérireunefaçond'entreretdelirelesdonnées.Enfaitlesutilisateurspeuvent

égalementfournir des données àl'ENIAC par l'intermédiaire de artes perforéeslues dans un

leteurIBMàlaadenede120artesàlaminuteetobtenirlesrésultatssurdesartesperforées

6.3.2 Transodage déimalbinaire

Poursimplier laoneptiondualulateurque nousavonsdérit,nous avonssupposéque

l'utilisateurentrelesentiersen binairebitàbit etlit lesrésultatségalementen binaire.Inon-

testablementlebinaireonstitueunobstalemajeurpourdesutilisateursordinaires.Comment

tournerettediulté?

Figure 6.8Transodagedéimalbinaire([Lig-87℄,p.228)

Stibitz s'estvite rendu ompte qu'unemahine àalulerdéimaleestbien tropomplexe

à réaliser.Durant tout l'hiver1937 et le printemps 1938, il herhe une solution simple.Puis,

soudain,ilal'idéedeserabattre surunodageéprouvé,utilisé parlesingénieursentéléphonie

depuis1930environ:le

hh

ii

prinipaux:lalongueurdeodesomposésde0etde1etl'obligationdeonvertironstamment

lesnombresdedéimalenbinaire,puisdebinaireendéimalàlamain.

Un simpleraordementpréétablientre lestouhesdéimalesd'unlavieretunouplusieurs

deslsbinaires,ommemontrésurlagure6.8,régletoutleproblème:l'opérateurtravailleen

déimal,lamahineenmodebinaire.

6.4 Bibliographie

[Lig-87℄ Ligonnière,Robert,Préhistoireethistoire desordinateurs,RobertLaont,

6.5 Exeries

Exerie1.-Imaginonsunalulateurave2000registres delargeur 8(soit2KiO).

-1

o

)Combienfaut-il réaliser de liaisonssion n'utilisepasde bus?

-2

o

)Combienfaut-il réaliser de liaisonssion utiliseunbusdesdonnées?

Exerie2.- Dansle alulateurque nousavonsdérit,l'unité arithmétiqueomprenddeux re-

gistresarlesopérationsarithmétiquesélémentairessontunaireset binaires.

Combienfaut-ilprévoirderegistresapriorisionveutl'opération(ternaire)ommeopération

élémentaire?

Exerie3.-Dans lesexemplesdeprogrammesquenousavonsdonnés,onn'utilise pasd'autres

registresdetravailquelesregistresdel'unité arithmétique.

Dérivez le programme (mis en ÷uvre par un opérateur sur le tableau de ommande) pour

réaliser?????

Votreprogrammeutilise-t-il desregistres de travail?