UE Architectures numériques MT. - 3PURANUM

Objectif(s)

Le cours est organisé en deux modules, évalués séparément :

Module Architecture numérique (µProc)
Ce module présente l'architecture générale et les constituants d'un système à base de microprocesseur et les principes de programmation en C à bas niveau.

Module Conception de circuits intégrés numériques : du transistor MOS à un interpréteur de jeu d'instructions
Ce module a comme objectif de faire le lien entre plusieurs UEs vues en 1A, afin d'acquérir une vue d'ensemble cohérente et de maîtriser globalement les bases de la conception microélectronique numérique. La première partie du module doit permettre de connaître les principes de conception et d'optimisation des blocs numériques CMOS, depuis les portes logiques niveau transistor jusqu'aux cellules correspondant aux fonctions majeures usuelles. La seconde partie du module doit permettre de comprendre la méthode de conception d'un circuit à partir d'un algorithme définissant la fonction souhaitée, et l'application de la méthode à un interpréteur de jeu d'instructions (microprocesseur).

Contenu(s)

*Module Architecture numérique (µProc)

Ce module permet de comprendre:

• la structuration d’un système à microprocesseur : CPU/mémoire/périphériques/communication par bus partagé/plan mémoire,
• le rôle des constituants de l’architecture externe, exposée au programmeur, d’une CPU : PC/SP/Registres d’usage général,
• ce que sont les jeux d’instruction et modes d’adressage d’un CPU,
• ce qu’est la pile d’exécution et ses usages,
• le flot de développement permettant de passer d’un code C à un code machine,
• les différentes techniques de prise en compte d’événements (scrutation/interruption) dans un système à microprocesseur.

Via des travaux pratiques sur carte avec micro-controleur, il permet d'être capable:

• de programmer en C, à bas niveau, un système à microprocesseur : manipulation de l’information à la granularité bit, pilotage de périphériques.
• d’utiliser un outil de développement pour la programmation et la mise au point d’un programme à bas niveau par observation : des registres du CPU et des périphériques et de la mémoire
• de l’exécution pas à pas d’un code C ou assembleur.

Les différentes notions abordées dans cet enseignement sont mises en œuvre sur le micro-contrôleur MSP430 de chez Texas Instrument.

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*Module Conception de circuits intégrés numériques : du transistor MOS à un interpréteur de jeu d'instructions

Ce module aborde successivement :

• les caractéristiques principales de la logique CMOS statique
• la conception et l'optimisation de fonctions combinatoires : portes logiques CMOS et fonctions arithmétiques
• la mémorisation en CMOS : verrous, bascules, blocs mémoire
• l'optimisation électrique pour la vitesse/surface/consommation, de la porte élémentaire au circuit complexe : dimensionnement (en complément de ce qui précède), amplifications, arbres de distribution
• les circuits synchrones basés sur un chemin de données (partie opérative) et une machine à états (partie commande), du circuit dédié au microprocesseur, puis le principe de la transformation en architecture pipeline.

Module Architecture numérique (µProc) :
Électronique numérique, Programmation C

Module Conception de circuits intégrés numériques :
Electronique numérique – Partie 1
Architectures numériques - Module Architecture numérique (µProc)
Bases de Physique de la matière et Modélisation, réalisation et caractérisation des composants actifs intégrés

Contrôle des connaissances

Documents autorisés : 1 feuille A4 Recto-Verso manuscrite autorisée.par Module
Tout autre document interdit. Calculatrice autorisée.

Calcul de la note Session 1
Module Architecture numérique (µProc) : N_µP1= 20%CC_µP+80%DS_µP1
Module Conception de circuits intégrés numériques : N_CCIN1= 30%CC_CCIN+70%DS_CCIN1
Note finale : 50%N_µP1+50%N_CCIN1

Calcul de la note Session 2
Module Architecture numérique (µProc) : N_µP2= 20%CC_µP+80%DS_µP2
Module Conception de circuits intégrés numériques : N_CCIN2= 30%CC_CCIN+70%DS_CCIN2
Note finale : 50%N_µP2+50%N_CCIN2

Informations complémentaires

Bibliographie

K01-HEN
J. Hennessy, D. Patterson, Computer architecture: a quantitative approach, Morgan Kaufmann, (2nd edition 1996 and 5th edition 2012)

K01-PAT
D. Patterson, J. Hennessy, Organisation et conception des ordinateurs : l'interface matériel/logiciel, Dunod, 1994 (version française)

K04-PAT
D. Patterson, J. Hennessy, Computer organization and design: the hardware/software interface – RISC-V edition, Morgan Kaufmann, 2018