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polyL105sem2b
33_
UniversitéParis13
InstitutGalilée
LicenceSciences,Technologie,Santé
1èreannée
2004-2005
ProgrammationImpérative :
Partie4
Enseignants
A.NazarenkoetP.Dague
Tabledesmatières
TOC\o"1-9"\t"Heading9;9;Heading8;8;Heading7;7;Heading5;5;Heading4;4;Heading3;3;Heading2;2;Heading1;1;TitreTOC;1"ProgrammationImpérative :
Partie41
Chap. 1. Structureetfonctionnementd’unordinateur3
1.1 Structured’unemachineVonNeumann3
1.2 Lefonctionnementsimplifiéd'unordinateur4
1.3 Lerôledusystèmed'exploitation7
Chap. 2. Représentationdesdonnéesetdesinstructionsenmachine11
2.1 Codagedesdonnées11
2.2 Représentationdesdonnéesenmachine13
2.3 Codagedesinstructions19
Chap. 3. Compilation23
3.1 Langagesdeprogrammation23
3.2 Lanotiondecompilation24
3.3 Fonctionnalitésd’uncompilateur25
3.5 Etapesd'unecompilation26
3.6 Lacompilationd’unpetitlangageévoluéenMAMIAS27
3.7 Lacompilationd’unprogrammeC31
Chap. 1. Structureetfonctionnementd’unordinateur
Nousallonsexaminerdanscechapitrelemodedefonctionnementd’unordinateurpourcomprendrecequisepasselorsdel’exécutiond’unprogramme.Lemodedefonctionnementdécriticis’appliqueauxordinateurspossédantunearchitecturedetype« VonNeumann »(laplupartdesordinateursactuels)..
Remarquepréliminaire
Unordinateurfonctionnesurlecourantélectriquequipeutêtredansdeuxétatsdifférents(passantvs.nonpassant).L’unitédebaseeninformatiqueestdoncl’unitébinaireoubit(binaryunit).Toutefois,lebitestuneunitéd’informationtroppetitepourservird’unitédemesure.Lesquantitésdemémoiresdontdisposeunordinateursemesurentenfaitenoctets,unoctetétantuneséquencede8bits.Onregroupeégalementlesbitsenmots,unmotétantconstituéengénéraldequelquesoctets.Onparlealorsd’architecture8,16,32,64ou128bits.Unearchitecture8bitsestunearchitectureoùlemotoccupe1octet.Unearchitecture128bitsestunearchitectureoùunmotoccupe16octets.LesPCactuelsparexemplesontdesmachines32bits(i.e.unmotoccupe32bits,soit4octets).
Pourdécriredesquantitésdemémoireplusimportantes,onutilise :
Unité
Abréviation
Valeur
bit
octet
8bits
Kilo-octet
Ko
1024octets
Mega-octet
Mo
1024Ko
Giga-octet
Go
1024Mo
Téra-octet
To
1024Go
(notez :
1024=210)
1.1 Structured’unemachineVonNeumann
DansunemachineVonNeumann,ondistinguetraditionnellementdeuxparties :
-L’unitécentralequiassurelestockageetletraitementdesdonnéesainsiquelestockagedesprogrammesetdesrésultats.
-L’unitéd’échangequiaenchargedescommunicationsavecl’extérieur :
entréedesdonnéesetdesprogrammes ;sortiedesrésultats.Leclavier,lemoniteur,lasourisetl’ensembledespériphériquesrelèventdoncdecettenotionabstraited’unitéd’échange.
Nousnousintéressonsplusparticulièrementàl’unitécentrale.Ellesecomposedesélémentssuivants :
-Lamémoirecentralequipermetdestockerlesdonnéesetlesprogrammes.
-Leprocesseur(ComputingProcessingUnitouCPU)quiinterprèteetexécutelesprogrammes.Leprocesseursecomposededeuxunitésfonctionnellementséparées :
oL’unitéarithmétiqueetlogique(UAL)estlazoneduCPUquieffectuelesopérationsarithmétiquesetlogiques(lesrésultatsintermédiairessontstockésdansdesmémoiresappelésregistres).
oL’unitédecommande(UC)dirigelefonctionnementdetouteslesautresunités(UAL,Mémoire,Entrées/Sorties)enleurfournissantdessignauxdecadenceetdecommande.
Desbuspermettentdetransmettredesdonnées(danslesdeuxsens)entreleprocesseuretlamémoire.Ilexistetroistypesdebus :
lebusdedonnéesquisertàtransporterlesargumentsd’uneopération,lebusd’adressesquipermetd’identifierlacasemémoireconcernéeparl’opérationencoursetenfinlebusdecommandesquidéterminel’opérationàeffectuer.
Lespremiersordinateursétaientcomposésd’uneunitécentraleetdepériphériquesgérésdirectementparl’unitécentrale.Desinstructionsspécialespermettaientdecopierdesdonnéesd’unpériphériqueversunautreoude/verslamémoirecentrale.L’unitécentralealternaitdoncdesphasesdecalculs(additions,soustractions,etc.surdesregistres)etdesphasesditesd’entrées/sorties(quanddesdonnéesdevaientêtrecopiéesoulues ;parexemple,unprogrammepourêtreexécutédoitd’abordêtrecopiéd’undisqueverslamémoirecentrale).Orlesaccèsauxpériphériquessonttrèslents(comparésauxtempsd’accèsenmémoirecentrale)etilfautcependantsouventlireouécriresurundisqueouuneimprimante.Leprocesseursetrouvealorspendantcetempssous-utilisé.
Unepremièreidéepouraméliorercettesituationconsisteàtraiteràpartlestâchesdelectureetd’écrituresurlespériphériques(disquedur,disquette,imprimante)enlesconfiantàunprogrammespécialisé.Onassociealorsàchaquepériphériquedemêmetype(i.e.utilisantlamêmeméthodedegestiondesdonnées)uncontrôleur.Lecontrôleursertd’intermédiaireentrelebus(reliéàlamémoirecentrale)etunensembledepériphériquesdemêmetypedontilassurelecontrôle.
Plusconcrètement,imaginonsquel’utilisateurdemandeàcopierenmémoirecentraleunfichierprésentsurledisqueD.Cettedemandevacorrespondreàuneinstruction,exécutéeparl’unitécentrale,quiseréduiraiciàenvoyerunecommandesurlebusreliéaucontrôleurassociéaudisqueD.Cettecommandespécifieralenomdufichiersurledisqueetl’emplacementoùildoitêtrecopiéenmémoirecentrale.Aprèscetenvoi,l’unitécentralepourracontinueràexécuterd’autresinstructions.Pendantcetemps,lecontrôleurrecevral’instructionetl’exécutera,cequipourranécessiterpourluiplusieurspasdecalculs,pendantlesquelsl’unitécentralepourracontinuerd’avancer.Quandlecontrôleuraterminé,ilpeuteninformerl’unitécentraleaumoyend’unsignalappeléinterruption.Ils’agitd’uncodeenvoyésurunepartiespécialedubusetrecopiédansunregistrespécialdel’unitécentrale :
leregistredesinterruptions.L’unitécentraleestainsiinforméequelacopiedemandéeabienétéeffectuéeetpeutexécuterdesinstructionsutilisantcesdonnéesenmémoirecentrale.
Lasituationquenousvenonsdebrosserpeutencoreêtreamélioréeenévitantquelamémoirecentralesoitlaseulemémoireutiliséepourexécuterlesinstructions.Ondisposepourceladedifférentsmoyens :
-utiliserdesmémoirescaches.Unemémoirecachesertd’intermédiaireentrelamémoirecentraleetl’unitédecalcul.D’accèsplusrapidequelamémoirecentrale,elleestutiliséepourfairedescopiesdedonnéesanticipéesentrelesadressesenmémoirecentraleetlesregistres.
-utiliserdesmémoirestampons.Lestamponssontdesmémoiresauxiliairesdanslescontrôleursdepériphériques.Aulieud’écrireparexemple,àchaquedemanded’écritured’uncaractère,surlepériphériqueconcerné,onécriradansuntamponducontrôleur.cen’estqu’unefoisletamponrempli,qu’ontransmettralademanded’écrituresurlepériphérique.Lamémoirecentraleestainsimoinssouventsollicitéeparlespériphériques.
1.2 Lefonctionnementsimplifiéd'unordinateur
L’exécutiond’unprogrammesedérouleselonlemodèlesuivant :
-Leprogrammeetlesdonnéessontchargésenmémoirecentrale(d’oùlenomdemachineàprogrammeenregistréoumachineuniverselle),
-Lesinstructionsduprogrammesontamenéesséquentiellementàl’unitédecommande(UC)quilesanalyseetdéclencheletraitementappropriéenenvoyantéventuellementdessignauxàl’unitéarithmétiqueetlogique(UAL).
Lamémoirecentralecontientdeuxtypesd’informations :
-lesinstructionsdedifférentsprogrammes,
-lesdonnéesnécessairesàl’exécutiondesprogrammes.
Donnéesetinstructionssontstockéescommedessuitesdebits(0ou1,voirchapitresuivant)dansdesmotsmémoire(généralementde32et64bits).Chaquemotmémoireestrepéréparuneadresseunique.Lesopérationspossiblesdanslamémoirecentralesontlalectureetl’écrituredemotsmémoire.
L’unitéarithmétiqueetlogique(UAL)contienttouslescircuitsélectroniquesquiréalisenteffectivementlesopérationsdésirées.Cesopérationssontprincipalementl’addition,lasoustraction,lamultiplication,ladivision,lanégation(inversiondesbits) ,lesopérationslogiques(ET,OU,etOUexclusif).Lesopérandesnécessairespourcesopérationssetrouventdansdesregistrescontenusdanscetteunité(l’und’euxs’appellel’accumulateur).Cesregistressontaccessiblesauxprogrammeurs.
L’unitédecommande(UC)s’occupedegérerl’exécutiondesinstructionsd’unprogramme.Ellecomprendunemémoired’accèstrèsrapidedanslaquellesontstockéslesrésultatstemporairesetlesinformationsdecommande.Danscettemémoireontrouve,entreautres,deuxregistresimportants :
-leregistred’instructions(RI)quicontientl’instructionencoursd’exécution,
-lecompteurordinal(CO)quicontientl’adressedelaprochaineinstructionàexécuter(etqu’ilfautallerchercherenmémoirecentrale).
Lesregistresdel’UCnesontpasaccessiblesauxprogrammeurs.L’UCcontientaussiundispositifdedécodagedesinstructions(décodeur)etunséquenceurdecommandesquiactivelescircuitsnécessairesàl’exécutiondel’instructionencours.Cetteunitéabesoindessignauxd’unehorlogepourenchaînerlescommandes.
Defaçonsimplifiée,voiciuncycled'exécutiondel’UC:
-LeregistreCO(compteurordinal)contientl’adressedumot-mémoirereprésentantlaprochaineinstruction,
-LecontenudecemotesttransférédelamémoirecentraledansleregistreRI(registred'instruction),
-COestincrémenté(pourpasseràl’instructionsuivante),
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