Programmes - Phases de Traitement de l'Information par l'Ordinateur :
3. - PROGRAMMES
Sur le plan matériel, le programme
n'est pas considéré comme faisant partie de l'ordinateur ; il constitue
le software (ou logiciel) et est " l'outil "
indispensable pour l'exploitation de l'ordinateur.
Certains programmes sont achetés
directement avec la machine, d'autres à part pour étendre la capacité de
traitement du système.
Le programme le plus important,
fourni en général directement au moment de l'achat d'un ordinateur, est un
traducteur de langage ; il traduit en code binaire (code ou langage
machine), les instructions exprimées dans un langage symbolique ou mnémotechnique
pour que l'ordinateur les comprenne. On peut disposer de différents types de
traducteurs :assembleurs, interpréteurs,
compilateurs
; nous reverrons par la suite, plus en détail,
ces divers traducteurs.
Le langage le plus utilisé par les
micro-ordinateurs est le BASIC qui fait partie d'une famille de langages très évolués et facile à utiliser. On
dispose d'interprètes BASIC de différentes
versions qui diffèrent par le nombre et la puissance des instructions.
4. - PHASES DE TRAITEMENT DE L'INFORMATION PAR L'ORDINATEUR
Pour expliquer le fonctionnement
d'un ordinateur, prenons en considération une des opérations arithmétiques élémentaires
:l'addition.
Pour cela, nous devons
instruire l'ordinateur afin qu'il effectue l'opération proposée.
En imaginant, effectuer une addition
d'une façon traditionnelle, on peut décrire l'opération simplement avec une
seule phase :
additionner le nombre
A
au nombre B.
Ou alors, on peut décomposer l'opération
en diverses phases :
se munir d'une feuille
prendre un crayon
écrire le nombre
A
inscrire le nombre
B
effectuer l'addition
Chaque phase peut, à son
tour, être décomposée ; par exemple, pour A
= 164, la phase 3 peut être à son tour subdivisée de la façon
suivante :
a -
écrire 1
b -
écrire 6
c -
écrire 4
Chaque phase compréhensible et exécutable
par l'UC
est une instruction.
Selon le type, une
UC
est capable de comprendre un certain nombre d'instructions qui varie environ de 40 à 200.
On sait que les ordinateurs, et donc
l'UC aussi, sont formés par des circuits digitaux et que ceux-ci fonctionnent en occupant alternativement deux états :
0
ou
1.
Les instructions doivent être des séquences de
0
et de 1.
Par exemple, pour une machine, le
nombre binaire 1011 0010
peut représenter
une addition. Ce nombre sera donc appelé code opération
et on l'inscrit dans un emplacement mémoire afin de nous permettre de faire nos
premiers pas dans la création d'un programme (figure 6).
Dans deux autres emplacements de la
mémoire on écrit, en code binaire, les deux nombres qui seront additionnés :
par exemple 164
et 22.
Le nombre
164
qui vaut
1010 0100
sous forme binaire est
placé à l'adresse
0000 0100 0010 0100; de la même façon, le nombre
22 dont le
code binaire vaut 0001 0110
est écrit à l'adresse
0000 1110 0011 0011
(figure 7).
On sait que les mots formés avec
"0"
et
"1"
reportés figure 7 sont le seul
langage que la machine comprend, mais un tel langage n'est pas pratique pour
l'opérateur qui peut facilement échanger un
"0"
avec un
"1"
ou vice versa.
En outre, chaque ordinateur a son
propre langage particulier et la même instruction peut avoir un code opération
différent selon le type de machine.
Pour éliminer toute référence à
une machine spécifique, on utilisera un moyen symbolique ou mnémotechnique
pour indiquer le même code opération ; on utilisera donc le terme
ADD
(qui, en anglais signifie additionner) pour le code opération de l'addition.
Puisque les adresses aussi sont
assez longues à écrire, elles seront désignées d'une façon symbolique :
la première adresse sera X, la deuxième Y.
On a donc introduit ainsi les adresses symboliques.
Cette façon d'indiquer instructions
et adresses est très importante car, comme on le verra par la suite, en plus
d'offrir une facilité d'écriture des programmes, elle est la base d'un langage
symbolique, connu sous le nom de
langage assembleur.
Revenons maintenant à l'addition.
L'ordinateur ne dispose pas encore de toutes les informations nécessaires ; en
fait, dans la mémoire, se trouve une instruction qui lui dit d'additionner deux
nombres qui sont écrits dans d'autres emplacements mémoires. Mais celle-ci
peut contenir d'autres informations.
L'instruction, pour l'instant, ne
nous dit pas où se trouvent les nombres à additionner. Il est donc nécessaire
d'ajouter cette information, simplement en écrivant à la suite du code opération
de l'instruction, les adresses des deux termes de la somme et l'adresse où le résultat
doit être stocké comme on le voit figure 8.
En utilisant la forme symbolique et
mnémotechnique, l'instruction est donc la suivante :
ADD X,
Y, Z, W
et l'ordinateur comprend :
- prendre la donnée contenue
dans la cellule dont l'adresse est
X,
l'additionner à celle qui est contenue dans l'adresse Y
et mettre le résultat à l'adresse
Z.
Continuer en lisant l'instruction dont le code opération se trouve à l'adresse
W.
Il est important de remarquer que
l'instruction est formée de plusieurs parties :un code opération et quatre adresses.
Cette solution était adoptée par
les premiers ordinateurs appelés à
3 + 1
Adresses qui présentaient l'avantage de placer les instructions et les données
dans n'importe quelle partie de la mémoire. Mais un tel procédé était
contrebalancé par un grand gaspillage de mémoire et cette structure fut bientôt
abandonnée en faveur de celle à trois adresses.
En effet, l'information relative à
l'adresse W, dans laquelle se trouve la
prochaine instruction à exécuter, devient inutile si on impose que toutes les
instructions doivent se succéder l'une après l'autre dans la mémoire, comme indiqué figure 9.
Puisqu'une instruction ne dit pas où
se trouve l'instruction suivante, il est nécessaire qu'un dispositif tienne
compte des instructions au fur et à mesure qu'elles sont effectuées, de façon
à indiquer continuellement à l'ordinateur à quel point du programme il se trouve.
Il s'agit d'un registre particulier,
appelé compteur de programme, en abrégé
PC,
qui sont les initiales des termes anglais
Programm
Counter.
Rappelez-vous qu'un registre est un
ensemble de bascules, chacune pouvant conserver un bit, c'est-à-dire un
"0"
ou un
"1".
Le compteur de programme se trouve
dans l'UC
de l'ordinateur. Pour l'instant,
il n'est pas nécessaire de connaître d'autres détails sur son fonctionnement,
qui peut être très complexe quand on doit sauter d'une partie à l'autre du programme.
Dans la notation symbolique, une
instruction à trois adresses s'écrira :
ADD X, Y, Z
qui signifie : additionner le
nombre contenu dans la cellule d'adresse X
au nombre contenu à l'adresse Y et mettre
le résultat à l'adresse Z.
On peut faire encore un pas en avant
en épargnant une adresse, simplement en positionnant le résultat obtenu dans
la cellule mémoire où se trouve le deuxième nombre à additionner ;
celui-ci aura alors disparu et cédé sa place au résultat (figure 10).
Dans un tel cas, l'instruction de
l'addition sera la suivante :
ADD X, Y
c'est-à-dire additionner le nombre
contenu dans la cellule d'adresse
X au
nombre contenu à l'adresse Y
et stocker le résultat à l'adresse
Y.
Une structure de programme de ce
type permet une économie remarquable de mémoire : elle est adoptée par
de nombreux ordinateurs de moyennes et grandes puissances.
Les micro-ordinateurs économisent
encore de la mémoire par le biais d'instructions à une seule adresse qui
indique où se trouve le premier terme.
Il est clair que l'ordinateur doit
savoir où se trouve le second terme ; dans la pratique, il doit toujours
se trouver à une place bien précise, connue de l'ordinateur. C'est un registre
spécial appelé accumulateur
(figure 11).
Le résultat de l'opération reste
dans l'accumulateur. Sous forme symbolique, l'instruction devient :
ADD X
c'est-à-dire additionner au contenu
de l'accumulateur, le contenu qui se trouve à l'adresse
X.
Parfois, on écrit cette instruction
sous la forme :
ADD A, X
où
A
est l'accumulateur.
Il est très
important de ne jamais confondre les adresses et leurs contenus.
La figure 12 met en évidence une telle différence, en prenant comme exemple
l'addition 164 + 22.
Rappelez-vous toujours que
dans
ce cas précis, la deuxième partie de l'instruction ADD X n'indique
jamais le nombre que l'on doit additionner mais seulement l'adresse où celui-ci est stocké.
Les instructions de ce type sont très
brèves et dans le cas de l'addition, occupent deux emplacements de mémoire ;
cela entraîne malgré tout des programmes qui contiennent un plus grand nombre
d'instructions, comme nous allons le voir.
Si par exemple on additionne le
nombre 164
qui est stocké à l'adresse Y
au nombre 22
qui se trouve à l'adresse X
et que l'on met le résultat à l'adresse Y, on obtient la structure du programme de la figure 13.
Avec les ordinateurs qui travaillent
avec deux adresses, on écrit simplement :
ADD X, Y
ainsi, cette instruction occupe
trois emplacements de mémoire.
L'ordinateur exécute l'addition en
envoyant les deux nombres à l'unité arithmétique et logique
(ALU),
comme on le voit figure 14. Il prélève donc le résultat obtenu dans
l'UAL
et le stocke dans l'adresse
Y, comme indiqué
figure 15.
Dans le cas des ordinateurs à
instructions à une seule adresse, le programme devient plus long puisqu'il est
nécessaire de changer d'abord la donnée voulue, ici le premier terme de
l'addition, dans l'accumulateur.
Pour cela, on utilise une nouvelle
instruction qui effectue le déplacement, c'est l'instruction :
LOAD
mot anglais qui signifie
"charger".
La première instruction du programme sera :
LOAD A, Y
que l'ordinateur interprète :
Charger dans l'accumulateur
A
la donnée contenue dans l'emplacement mémoire dont l'adresse est
Y.
La situation avant exécution
de l'instruction est représentée figure 16, tandis que celle de la figure 17
montre l'état de l'accumulateur et de la mémoire après exécution.
Après avoir transféré le nombre
164
dans l'accumulateur, c'est-à-dire après avoir effectué l'instruction
LOAD A, Y,
l'instruction d'addition
ADD X
peut être exécutée.
L'ordinateur envoie à
l'UAL
le nombre contenu à l'adresse
X
(figure 18)
qui l'additionne au contenu de l'accumulateur ; le résultat est stocké
dans ce même accumulateur (figure 19) prenant ainsi la place du premier membre
de l'addition
(164) qui s'y trouvait.
Maintenant, si l'on veut obtenir la
même situation que celle qui existe dans les ordinateurs utilisant des
instructions à deux adresses, c'est-à-dire ici que le résultat de l'addition
soit stocké à l'adresse Y, il est nécessaire d'utiliser une autre instruction.
Elle doit faire le transfert du résultat
de la somme contenue dans l'accumulateur à l'emplacement mémoire d'adresse
Y,
on l'indiquera de la façon suivante :
LOAD Y, A
c'est-à-dire :
charger le contenu de l'accumulateur
dans la cellule mémoire d'adresse
Y.
De cette façon, on obtient la
situation de la figure 20.
A la lumière de ce que nous venons
de voir, on s'aperçoit que l'instruction à une seule adresse du type
ADD X
prend moins de place en mémoire qu'une instruction à deux
adresses du type ADD X, Y
mais que le nombre
de cellules mémoires nécessaire pour effectuer le programme complet d'addition
des deux nombres donnés est beaucoup plus grand dans le premier cas.
On a vu comment une simple addition
de deux nombres demande à l'ordinateur différentes étapes et le déplacement
de données de l'UC
à la mémoire et vice versa.
Il faut un certain temps pour chaque
déplacement, en plus, l'instruction correspondante (LOAD
A, Y
ou
LOAD Y, A) doit contenir
l'adresse de la cellule mémoire en question.
Pour accélérer ces opérations, de
nombreux ordinateurs, entre autres les microprocesseurs 8 bits les plus évolués
(Z80, 8080,
etc ...) possèdent certains registres internes à
l'UC ;
l'ordinateur peut y accéder plus facilement et plus rapidement.
NOTA :
Dans cette leçon, on a vu
l'organisation et le fonctionnement général de l'ordinateur. On s'est contenté
en particulier d'observer la façon dont travaille l'UC avec la mémoire.
Dans celle-ci, se trouve le
programme qui indique au microprocesseur quelles opérations il doit effectuer ;
en plus, on y trouve les données à traiter.
Chaque programme est divisé en étapes
successives, appelées instructions.
Le type
et le nombre des instructions possibles déterminent la puissance de l'ordinateur.
En suivant les différentes phases
du programme, on a vu quels étaient les éléments fondamentaux de
l'UC
et leur fonctionnement a été décrit d'une façon élémentaire par des
phrases du type suivant : "la donnée est transférée de la mémoire à
l'accumulateur" ou "l'UAL
additionne les deux nombres et stocke le résultat dans l'accumulateur".
Pour que cela fonctionne, il faut un
groupe de circuits qui distribue les ordres aux différents organes, c'est le rôle
de l'Unité de Commande, comme le montre la
figure 21 sur laquelle est représentée
l'UC.
Il faut savoir que cette
organisation n'est qu'un exemple et qu'il existe d'autres variantes. En outre,
le fonctionnement de l'UC n'est pas si simple, comme on l'a vu jusqu'à présent ; en plus des registres considérés,
il y en a d'autres dont on parlera dans les leçons suivantes.
Les Ordinateurs à Registres
Cliquez ici pour la leçon suivante ou dans le sommaire prévu à cet effet.
Haut de page
Page suivante