Arduino leçon 11 : compléments

Connaissez-vous ULA ?

Non! il ne s'agit pas d'elle

mais d'elle

Unité Logique et Arthmétique ULA en français, ALU en anglais.

C'est une partie interne au microprocesseur et qui fait tous les calculs.
Les nombres sont sur les entrées 1 et 2, la réponse est en sortie.
Le code de l'instruction sélectionne le type d'opération (addition, soustraction, AND, OR, NAND, NOR, XOR, NOT, <, >, ==, <=, >= ...)

L'opération positionnne aussi des flags (drapeaux) qui sont de simples bits d'un registre.
Un de ces bits est set si le résultat est nul, un autre s'il est négatif, un autre s'il y a une retenue etc...
Pour les comparaisons, on ne s'occupe pas du résultat mais de l'état des flags.
Les opérations complexes comme la multiplication sont effectuées par des sous-programmes qui utilisent plusieurs fois de suite ULA.

Les registres et la Pile

Les pointeurs : le cas général Un pointeur est une case mémoire qui contient une adresse. Dans certains cas il ne contient qu'une partie d'une adresse comme on verra plus loin. Si la variable a contient l'adresse de la variable b, on dit que a pointe sur b ou que a est un pointeur sur b. En anglais le nom pointeur s'écrit pointer (sans u) donc comme notre verbe.

les registres

Ce sont des zones de mémoire à l'intérieur du microprocesseur. Ils sont très utilisés par les programmes car leur temps de lecture ou d'écriture est beaucoup plus rapide que la lecture en mémoire. Ils sont en nombre limité car ils reviennent cher à fabriquer.
exemples :
- le registre PC (Programm Counter) contient l'adresse de la prochaine instruction à appeler.
- le registre SP (Stack Pointer) contient le nombre d'adresses stockées dans la pile.
- le registre SR (State Register) est le registre d'état qui contient les flags.
Le verbe pointer signifie contenir l'adresse de quelquechose ou un indice permettant d'obtenir cette adresse.

la pile

La pile (Stack en anglais) est une zone de mémoire du microprocesseur prévue pour contenir des adresses. C'est donc une suite de pointeurs.
Ne pensez pas à une pile électrique mais à une pile d'assiettes.
Celle qu'on viendra chercher en premier est la dernière qu'on avait posée sur la pile.
On parle de système "LIFO" Last In First Out = dernier entré premier sorti.
Le registre SP contient la hauteur de la pile.
Chaque fois qu'on ajoute une adresse à la pile, le SP s'incrémente et il est décrémenté chaque fois qu'on retire une adresse.

Appel d'un sous-programme

Quand votre programme appelle un sous-programme :

- L'adresse de l'instruction suivante (qui était dans le Program Counter) est stockée sur le sommet de la pile
- le stack pointer SP s'incrémente
- l'adresse du début du sous-programme est placée dans la Program Counter.
La prochaine instruction exécutée sera donc la première du sous-programme.

Quand le programme arrive à l'instruction "return();"

- L'adresse qui est sur la pile est copiée dans le Programm Counter.
- le SP est décrémenté : il pointe sur l'avant dernière de la pile. (qui est devenue la dernière)
La prochaine instruction exécutée sera donc celle qui suivait l'appel du sous-programme.

Ce principe peut être à plusieurs niveaux : un sous-programme peut en appeler un autre.
Le nombre de niveaux ne doit pas dépasser la taille maximale de la pile. C'est rare, sauf en cas d'erreur de programmation : appels dans une boucle qui se mord la queue.

Les pointeurs : le cas d'un indice SP ne contient pas une adresse entière mais seulement un offset c'est-à-dire un décalage. L'adresse du sommet de la pile s'obtient en ajoutant SP à l'adresse de la base de la pile (adresse de l"assiette" d'en bas).

optimisation du temps d'exécution

Le compilateur va traduire votre programme en instructions pour le microprocesseur (langage machine)
Si vous écrivez a = a + 1 ;
le compilateur va écrire des instruction qui signifient :
- trouver l'adresse de la variable a
- mettre a sur une entrée d'ULA
- mettre 1 sur l'autre entrée
- mettre le code "addition" sur l'entrée de sélection
- trouver l'adresse de la variable a (il ne peut pas deviner que c'est la même qu'en entrée)
- mettre le résultat dans a

Si vous écrivez a += 1;
le compilateur va écrire des instruction qui signifient :
- trouver l'adresse de la variable a
- mettre a sur une entrée d'ULA
- mettre 1 sur l'autre entrée
- mettre le code "addition" sur l'entrée de sélection
- mettre le résultat dans a (là, il n'a pas besoin de chercher)

Si vous écrivez a ++;
le compilateur va écrire des instruction qui signifient :
- trouver l'adresse de la variable a
- l'incrémenter
Pas besoin de passer par ULA, donc gain de temps.

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