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cuttinglettersΤεχνίτη Νοημοσύνη και Ρομποτική

20 Οκτ 2013 (πριν από 3 χρόνια και 9 μήνες)

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1
er

cours de GPA
-
787

Microsystèmes

07 janvier 2013

© Guy Gauthier ing.

1

Présentation du plan de
cours et du site
WEB

© Guy Gauthier
ing
.

2

Plan de cours GPA787


Microsystèmes

Site du cours GPA787


Microsystèmes

Sujets potentiellement abordés

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3


Programmation en langage C


Présentation de l’AT91SAM9G45 et de la carte Mini6045
d’
Embest


Architecture interne de l’AT91SAM9G45


Périphériques du montage de laboratoire


Introduction à la modulation et démodulation AM


Algorithmes itératifs


Rappel de notions sur la transformée en z


Représentation des signaux


Théorème d’échantillonnage de
Nyquist
-
Shannon


Filtres numériques vs filtres analogiques

Sujets potentiellement abordés

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4


Notions de filtres FIR et IIR


Les fonctions de fenêtres


Les filtres basés sur la transformation bilinéaire


Les filtres de
Butterworth

et de
Chebyshev


La série de Fourier


Les transformées de Fourier (FFT et DFT)


La transformée de Hartley


La commande de procédés


PID


Mode de glissement


Conversion analogique/numérique


Conversion numérique/analogique

Sujets potentiellement abordés

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5


Les erreurs de quantification


Programmation en temps réel


Système d'opérations multitâches


Les sémaphores


La sécurité et les logiciels


Exemples de situations problématiques


Therac

25 !


Le traitement d'images


Format de compression JPEG et MPEG

Structure d’un microsystème

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6


Un microsystème typique comporte 3 modules
fonctionnels.

Structure d’un microsystème

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CPU

Horloge

Interface

Mémoire

Bus d’adresse

Bus de données

Bus de contrôle

Périphériques

externes

B
U
S

L’unité centrale

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8


Elle comporte:


Un ensemble de registres


Une unité logique et arithmétique (ALU)


Un ensemble de circuits de contrôle.



La structure dépend du fabricant.

Historique des microprocesseurs

Partie I

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9

Nombre de transistors

par circuit intégré

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10


1947: un seul transistor


John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain de At&T


Prix Nobel de physique en 1956.


L’invention sera révélée au public en 1951.

http://www.ufocom.org/pages/v_fr/m_sciences/Transistors/Histoire_transistors.htm

Nombre de transistors

par circuit intégré

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11


1961: premier circuit
intégré

commercial par Fairchild
Semiconductors (6 transistors).


Texas Instruments 1958.



1964:
moins

de
100
transistors


Porte
logique

Nombre de transistors

par circuit intégré

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12


1968: de 100 à 1000 transistors


Registre



1971: de 1000 à 10000 transistors


Mémoire 1 kb, UART, microprocesseur 8 bits



1975: plus de 10 000 transistors


Troisième génération de microprocesseurs

Nombre de transistors

par circuit intégré

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13


1984: plus de 400 000 transistors



1997:


5 000 000 de transistors



2015:


1 000 000 000.

Source: Ray
Kurzweil

14

Motifs des circuits intégrés

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15


Source: Ray
Kurzweil

16

Fréquences CPU

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17


Source: Ray
Kurzweil

18

Capacité de

la mémoire

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19


1970: mémoire de 1 kbits



1973: mémoire de 16 kb



1978: mémoire de 64 kb



1982: mémoire de 256 kb

Capacité de

la mémoire

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20


1986: mémoire de 1 Mb



1996: m
émoire de 64 Mb (60 nsec)





2000: mémoire de 512 Mb



> 2004: mémoire de 1 Gb (30 nsec)

Tendances

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21

Hard disk
1955

Tendances

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22

Historique des

microprocesseurs

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23


Historique des

microprocesseurs

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ENIAC (1943)


18000 lampes


longueur 100 pi


hauteur 10 pi


profondeur 3 pi


140 kW


100 kHz


5000 additions/sec


Historique des

microprocesseurs

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1953: Ordinateur à transistors

Historique des

microprocesseurs

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1971: INTEL 4004


Premier microprocesseur commercialisé.


Fonctionne sur 4 bits.


2250 transistors.


108 kHz.


Calculatrices.

Historique des

microprocesseurs

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27


1971: INTEL 4004

Historique des

microprocesseurs

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1972: INTEL 8008


Fonctionne sur 8 bits.


20 circuits intégrés pour réaliser un système.


200 kHz.


Adresse 16 ko de mémoire.


Historique des

microprocesseurs

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1973: INTEL 8080


Deuxième génération de microprocesseurs.


2 circuits intégrés pour réaliser un système.


Plus grand jeu d’instruction.


Exige +5 V,
-
5 V et + 12 V comme alimentation.


8 bits / 2 MHz.



1974: MOTOROLA 6800


Source +5 V seulement.


8 bits.

Historique des

microprocesseurs

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1974: MOS TECHNOLOGY 6502


Apple II (1 MHz, 4 ko de RAM)



1974
-
1980: ZILOG Z80:


Troisième génération de microprocesseurs


TRS 80

Historique des

microprocesseurs

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1974
-
1977: INTEL 8085


Alimentation +5 V seulement.



1974
-
1977: MOTOROLA 6809


8/16 bits.



1978: INTEL 8086/8088:


16 bits / 4.77 MHz (Adresse 1Mo de mémoire)


IBM
-
PC (1981).

Historique des

microprocesseurs

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1979: MOTOROLA 68000


68000 transistors (d’où son nom)


16/32 bits.


MAC INTOSH (1984).


AMIGA.



1982: INTEL 80286


16 bits / 6 MHz / 134000 transistors.

Historique des

microprocesseurs

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1983: MOTOROLA 68010


Machine virtuelle.



1984: MOTOROLA 68020


32 bits.



1985: INTEL 80386


32 bits / 16 MHz / 4 Go / 275000 transistors.

Historique des

microprocesseurs

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1987: Motorola 68030


Mémoire de cache.



1989: Intel 80486


1.2 millions de transistors.


25


50 MHz.



1990: Motorola 68040


CISC (Complete Instruction Set Computer).


Co
-
processeur intégré.

Historique des

microprocesseurs

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Lien:

http
://www.computerhistory.org/exhibits/microprocessors/i
ndex.shtml


Du microprocesseur au DSP

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TMS320C10: 200 ns (5MIPS)


TMS320C25: 100 ns (10 MIPS)


TMS320C30: 60 ns (16.6 MIPS)


30 ns si instructions en // (33 MIPS)

Architectures

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Architectures

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38

CISC :
Complex

Instruction Set Computer


Microprocesseur à jeu d'instruction étendu


Jeu d’instructions très élaboré;


Modes d’adressages complexes.



Exemple du TMS320C30


Beaucoup de mode d’adressages divers


Bits renversés


Circulaires


Beaucoup d’instructions diverses


Instructions parallèles

39

RISC :
Reduced

Instruction Set Computer


Microprocesseur à jeu d'instruction réduit


Jeu d’instructions facile à décoder


Instructions simples


40

Applications

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41

Applications

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42


General
-
Purpose DSP



Digital filtering



Convolution



Correlation



Hilbert transforms



Fast Fourier transforms (FFTs)



Adaptive filtering



Windowing



Waveform generation



Discrete cosine transforms



Hartley transforms

Applications

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43


Instrumentation



Spectrum analysis



Function generation



Pattern matching



Seismic processing


Transient analysis



Digital filtering



Phase
-
locked loops


Applications

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Control



Disk control



Servo control



Robot control



Laser printer control


Engine control



Motor control


Applications

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Automotive



Engine control



Vibration analysis



Antilock brakes



Antiskid brakes



Adaptive ride control


Global positioning navigation



Voice commands



Digital radio



Cellular telephones



Active suspension



Noise suppression


Applications

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Automotive



Electronic power steering



4
-
wheel steering



Air bag control



System diagnosis



Radar detectors



Intelligent cruise control


Applications

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Telecommunications



Hand
-
free speaker phones/echo
cancellations



ADPCM transcoders



Digital PBXs



Line repeaters



Channel multiplexing



1200
-

to 56,000 kilobit modems


Adaptive equalizers



DTMF encoding/decoding



Data encryption



Low
-
speed
transcoders/vocoders



ISDN basic/primary rate
interfaces


Applications

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Telecommunications



FAX



Cellular telephones



Cordless telephones



Digital speech interpolation (DSI)



Packet switching and protocol



Videoconferencing/video com
-
pression/multimedia



Spread spectrum
communications



Answering machines



Cable modems



Network switching



Modems

Applications

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Consumer



Radar detectors



Power tools



Digital audio/TV



Music synthesizer



Educational toys



Answering machines



Multimedia



Digital cameras



Digital videodisk players



White goods (dishwashers,
washing machines, etc.)

Applications

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50


Consumer



Karaoke



Feature phones



Arcade games



Set top boxes

Applications

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51


Graphics/Imaging



3
-
D rotation



Robot vision



Image transmission/
compression



Pattern recognition



Image enhancement



Homomorphic processing



Workstations



Animation/digital map

Applications

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52


Voice/Speech



Voice mail



Speech vocoding



Speech recognition



Speaker verification


Speech enhancement



Speech synthesis



Text
-
to
-
speech

Applications

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53


Industrial



Robotics



Numeric control



Security access



Power line monitors


Active noise cancellation



Electronic meters


Applications

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Computers



Laser printers/copiers



Scanner/bar
-
code scanner



Optical character recognition
(OCR)



Neural networks


High
-
speed array processors



Imaging



Videoconferencing



Modems



Networking controller


Applications

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Military



Secure communications



Radar processing



Sonar processing



Image processing


Navigation



Missile guidance



Radio frequency modems


http://themarvinproject.free.fr/dsp
/


Exemple de la puissance d’un DSP

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Produit de deux vecteurs:


Répétion d

’un
bloc

Instructions en
parallèles