ARCHITECTURE RISC ET CISC

DEFINITIONS

Instructions

Une instruction est une action qu’on demande à un ordinateur d’exécuter.

Exemples :

-les opérations arithmétiques (+, −, ×, /, …),

-les opérations logiques (∨, ∧, ⊕, ¬, …),

- les opérations de comparaison (=, ¹,≤, ≥, …))

Chaque instruction spécifie une opération à effectuer. Cela peut inclure des opérations arithmétiques (addition, soustraction, multiplication, division), des opérations logique (AND, OR, NOT, XOR), des opérations de transfert des données (charger des données depuis la mémoire, stocker en mémoire), des opérations de contrôle de flux (sauts conditionnels, boucles) etc.

Lors d’une opération sur une instruction, le processeur va chercher cette instruction en mémoire (FETCH), décode cette instruction (DECODE), exécute l’opération (EXECUTE) et écrit le résultat (STORE). Le cycle d’instruction ou cycle d’exécution comprend en général ces étapes de base.

Jeu d’instruction

Imaginons que le processeur et un ouvrier très rapide qui ne comprend qu’’un nombre limité d’ordres spécifiques. Le jeu d’instructions est la liste de tous les ordres (les instructions) que cet ouvrier est capable de déchiffrer et d’exécuter.

Ainsi, L’ensemble de toutes les instructions-machine exécutables par un processeur s’appelle le " jeu d’instructions " de ce processeur.

Technologies des processeurs

Les processeurs sont fabriqués suivant deux technologies :

Ø La technologie du jeu d’instructions simplifiées RISC (Reduced instruction Set Computer) avec des instructions simples de taille standardisée, facile à fabriquer et dont on peut monter la vitesse sans trop de difficultés techniques.

Cette technologie privilégie la simplicité et la vitesse d’exécution des instructions individuelles. La technologie RISC domine le marché des microprocesseurs embarqués (On appelle systèmes embarqués ou enfouis des systèmes informatiques qui font généralement partie d’un système plus large qu’ils commandent et contrôlent. On les trouve dans les automobiles, les avions, et certains équipements médicaux, électroménagers ou de loisir).

Ø La technologie CISC (Complex Instruction Set computer), dont chaque instruction complexe nécessite plus de cycles d’horloge, mais qui a en son cœur beaucoup d’instructions précablées.

La technologie CISC vise à simplifier la programmation en fournissant des instructions puissantes et complexes. La technologie CISC domine le marché des ordinateurs de bureau et des ordinateurs portables.

ETUDE COMPAREE ENTRE ARCHITECTURE RISC ET CISC

	RISC	CISC
Jeu d’instruction	Peu d'instructions (~100 ) 1 cycle = 1 instruction Ce qui permet une exécution rapide des programmes.	Beaucoup d'instructions (~ 1000) Des instructions parfois lentes ( > 1 cycle )
Complexité des opérations.	Simple	Très complexe
Formats d’instructions et de données	Taille fixe : Instructions toutes codées sur 4 octets, ce qui simplifie le décodage.	Taille variable : instructions codées sur 1 à 15 octets, ce qui rend le décodage plus complexe
Mode d’adressage	Simple	Complexe
Nombre de Registres	Beaucoup de registres, ce qui réduit les accès à la mémoire, qui sont plus lent.	Peu de registres, de nombreuses actions impliquent directement la mémoire.
Consommation d’énergie	Renduite en raison de la simplicité des instructions.	Elevée en raison de la complexité du matériel est des instructions

EXEMPLES DE PROCESSEURS

RISC

CISC

Alpha

ARC

ARM

MIPS

PA-RISC

PIC

Power architecturer

SPARC

System/ 360

VAX

PDP-11

Motorolla 68000

AMD

Intel x86

CONCLUSION

Aujourd’hui, il apparait que l'une et l'autre des deux technologies a des avantages. Ainsi les processus RISC ont tendance à devenir de + en + CISC et vice -versa.

De nombreux processeurs modernes intègrent des techniques des deux architectures pour optimiser leurs performances. Par exemple certains processeurs décomposent internement les instructions en micro-opérations plus simples, qui sont ensuite exécutées selon des principes proches du RISC.

EXERCICES

CONTROLE DE CONNAISSANCES :

1.Que signifient les sigles : RISC et CISC

2.Donner le rôle d’un processeur ainsi que son cycle d’instruction.

3.Citer 02 caractéristiques d’un processeur.

4.Citer 02 processeurs utilisant la technologie RISC.

5.Citer 02 processeurs utilisant la technologie CISC.

EXERCICE I : Répondre par vrai ou faux

1.Le jeu d’instruction précise quelles sont les instructions supportées par le processeur.

2.Le format de données est variable dans l’architecture RISC.

3.Chaque instruction complexe nécessite plus de cycles d’horloge dans l’architecture RISC.

4.L’architecture CISC a un nombre de registres limité.

5. L’architecture RISC est plus rapide.

EXERCICE II :

Associer aux éléments de la colonne A des correspondants de la colonne B.

Colonne A

Colonne B

1.power pc

2.instruction

3.risc

4.cisc

5.frequence

a. opérations complexes autorisées

b. jeu d’instruction simplifié

c. processeur utilisant la technologie risc

d. ordre demandé à un processeur d’exécuter

e. est une caractéristique d’un processeur

EXERCICE III : Le processeur de la carte mère de l’ordinateur de Paul est en panne. Il faut le changer. Un fabricant de microprocesseur présente les fiches techniques de deux processeurs de sa gamme :

Microprocesseur 1	Microprocesseur 2
Architecture simple	Architecture complexe
Beaucoup de registres	Très peu de registres
Mode d’adressage simple	Mode d’adressage complexe
Format de données de taille fixe	Format de données de taille variable

Il fait appel à vous pour mieux comprendre les deux offres. A partir de vos connaissances en Informatique, aidez Paul en répondant aux questions suivantes :

1. Lequel des deux microprocesseurs est plus rapide ?

2. Quel microprocesseur est moins cher ?

3. Quel microprocesseur possède le meilleur jeu d’instruction ?

4. Pour son ordinateur de bureau, vous lui conseillez lequel des deux microprocesseurs ? Dites pourquoi.

EXERCICE IV : On peut faire l’élévation d’une maison avec deux types de pièces

(Blocs de construction) :

- des petits parpaings de 15, matériel de base pour élever un mur. On doit empiler beaucoup de ces petits parpaings un par un. Chaque action (pose d’un parpaing) est simple et rapide (Architecture A).

-des blocs de murs préfabriquées qui peuvent déjà avoir des fenêtres intégrées, des coins préformés, ou même avec des parties de toit attachées (Architecture B). Dans ce cas, pour faire un mur avec une fenêtre, on peut utiliser un seul de ces blocs. Bien évidemment, il faudra une pièce différente pour une mur ayant deux fenêtres et une porte, ainsi de suite. La pose d’un bloc est une action complexe puisqu’on doit avoir besoin de plusieurs manœuvres pour porter le mur et d’une grue... C’est une action plus complexe car elle fait plus de chose à la fois (mur, fenêtres, une partie du toit…).

Questions :

1. Avec quelle architecture un jeune maçon aura plus d types des pièces différentes à apprendre à utiliser ?

2. Avec quelle architecture un jeune maçon aura à faire plus d’actions individuelles pour construire quelque chose de complexe ?

3.Imaginons qu’il veut construire une maison très différente de celle qu’il a l’habitude de faire, avec des formes spéciales. Quelle architecture lui donnerait plus de flexibilité pour utiliser ses pièces de manière créative et pourquoi ?

4.Immaginos qu’il doit construire très rapidement toujours le même modèle de petite maison. Quelle architecture pourrait être plus rapide pour ce modèle spécifique ?

5.Comparer les deux architectures aux architectures RISC et CISC d’un microprocesseur.

EXERCICE V : Lis attentivement ce texte et réponds aux questions

La supériorité de l’ordinateur sur le cerveau humain dans le domaine de calcul est indiscutable. Un exemple parmi d’autres … Un astronome français, Charles Delaunay, publia en 1867 la loi de variation temporelle de la trajectoire de la lune en tenant compte de tous les facteurs effectifs. Il lui fallut dix ans pour faire les calculs… et dix ans pour les vérifier. En 1970, le même problème fut résolu en vingt-quatre heures par un ordinateur. Quelques minutes suffisent aujourd’hui pour calculer la trajectoire des satellites artificiels.

Guy LAZORTHES, Le cerveau de l’ordinateur

1-Quel composant peut-on comparer au cerveau de l’ordinateur ?

2-Donner la supériorité du microprocesseur sur le cerveau humain :

a-Au niveau de la vitesse de calcul

b- Au niveau de la réflexion

3-Les travaux de Delaunay font partie de quel domaine d’application de l’informatique ?

CORRIGES

CONTROLE DE CONNAISSANCES :

1. RISC : Reduced instruction Set Computer.

CISC: Complex Instruction Set computer.

2. Rôle : effectue les traitements des données

Cycle d’instruction ou d’exécution :

-processeur va lire une instruction dans la RAM(FETCH)

-il décode cette instruction (DECODE)

-l’exécute (EXECUTE)

-stocke ou affiche le résultat des traitements (STORE). // à différencier du cycle d’horloge ou cycle processeur ou cycle machine qui cadence la vitesse du processeur. Une instruction complexe peut nécessiter plusieurs cycles processeur.

3.-sa fréquence d’horloge

-le nombre de bits qu’il peut traiter en parallèle, en rapport avec sa capacite de gérer de grandes mémoires. //Exemple : processeur 32 bits ou 64 bits.

4. processeurs utilisant la technologie RISC : Alpha, ARM

5. processeurs utilisant la technologie CISC : AMD, Intel x86

EXERCICE I : Répondre par vrai ou faux

1.VRAI

2.VRAI //les instructions ont une taille fixe

3.FAUX //1 cycle = 1 instruction

4.FAUX // beaucoup de registres

5. VRAI //1 cycle = 1 instruction d’où une extrême rapidité de l’architecture RISC. Aussi, il faut signaler la présence de plusieurs registres, la taille fixe des instructions etc… qui accroissent la vitesse d’exécution.

EXERCICE II :

1.c ;2.d ;3.b ;4.a ;5.e.

EXERCICE III :

1. microprocesseur1

2. microprocesseur1 // structure simple

3. microprocesseur2 // Ensemble d’instructions vaste et complexe. Une seule instruction peut effectuer plusieurs opérations de bas niveau.

4. microprocesseur2, // plus performant, la technologie CISC vise à simplifier la programmation en fournissant des instructions puissantes et complexes.

EXERCICE IV : On peut faire l’élévation d’une maison avec deux types de pièces

(Blocs de construction) :

Questions :

1. Architecture B, avec ses nombreux blocs différents qu’il faut utiliser sur la même maison.

2. Architecture A, car il doit poser beaucoup de parpaings.

3. Architecture A, car il peut combiner les parpaings de différentes manières.

4. Architecture B, car il peut des blocs préfabriques qui ont plusieurs parties en même temps

5. Architecture A: RISC

Architecture B: CISC

EXERCICE V :

1-Microprocesseur.

2-le microprocesseur est plus rapide.

3-Recherche scientifique.

Avez-vous un exercice a proposer?Cliquez-ici