15.7 Un bref coup d’œil sur l’architecture d’un ordinateur
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calcul. Dans les ordinateurs modernes, les sorties peuvent servir d’entr´ ees pour de
nouvelles op´ erations.
Il existe d’autres op´ erateurs bool´ eens couramment utilis´ es dans la conception des
ordinateurs : le NAND et le NOR. Ils sont d´ efinis ainsi :
A NAND B ⇐⇒ NON(A ET B),
A NOR B ⇐⇒ NON(A OU B).
(15.23)
On peut ´ evidemment les r´ ealiser en combinant des circuits r´ ealisant le NON, le ET et
le OU, mais il est plus simple de monter des circuits qui les ex´ ecutent directement. Le
NAND et le NOR sont donc souvent ajout´ es ` a la liste des op´ erateurs bool´ eens de base.
Ils sont dits universels. L’exercice 34 explique pourquoi.
Un tout premier pas vers les ordinateurs Les ordinateurs sont compos´ es de
transistors que l’on peut visualiser comme des interrupteurs complexes ne fonctionnant
que dans un sens, un peu comme une porte dont la penture ne permet l’ouverture que
d’un cˆ ot´ e : ainsi un transistor peut « livrer » une entr´ ee sans ˆ etre affect´ e par ce qui se
passe par la suite. Pour cela, au lieu d’associer `
a l’entr´ ee 1 la pr´ esence d’un courant, on
utilise une diff´ erence de potentiel qui peut ˆ etre positive ou n´ egative. Lorsque la diff´ erence
de potentiel a le bon signe et atteint le seuil voulu, elle engendre le courant qui ouvre
l’interrupteur.
Un mot sur les syst` emes int´ egr´ es ` a tr` es haute ´ echelle ou syst` emes VLSI
(very large scale integration) Les transistors servent ` a cr´ eer diverses familles de composantes logiques, dont TTL (transistor-transistor logic), ECL (emitter coupled logic),
NMOS (n-channel metal oxide semiconductor), CMOS (complementary metal oxide semiconductor), par assemblage en portes symbolisant le ET, le OU, le XOR, le NON et
souvent le NAND et le NOR. Chaque sortie peut devenir l’entr´ ee du prochain circuit,
ce qui permet l’assemblage de circuits tr` es complexes ayant des millions de transistors.
Dans la plupart de ces familles logiques, la diff´ erence de potentiel ` a la sortie d’un transistor repr´ esente le niveau logique, et le courant transporte la charge n´ ecessaire aux
variations de cette diff´ erence de potentiel. Les transistors MOS ´ etaient historiquement
fabriqu´ es de trois couches, une couche de silicium, une couche d’oxyde (isolant) et une
couche de m´ etal (agissant comme interrupteur). De nos jours, le m´ etal a ´ et´ e remplac´ e
par un silicium polycristallin, et la couche d’oxyde est tr` es mince, de l’ordre de 12 ˚ A
(1 ˚ A = 1 angstr¨ om = 10
−10 m ; une liaison atomique a une longueur approximative
de 2 ˚ A). Les composantes CMOS sont de loin les plus employ´ ees. Leur efficacit´ e r´ eside
dans le fait que le courant circule seulement quand le circuit logique est en transition,
contrairement ` a notre ampoule ´ electrique. La transition est effectu´ ee par un transfert de
charge transport´ e par le courant. Une fois le transfert de charge effectu´ e, il n’y a plus de
courant, donc pas d’´ energie perdue. Cela permet de cr´ eer des circuits int´ egr´ es qui ont
plus d’un milliard de transistors et une consommation d’´ energie raisonnable (< 150 W).
Du point de vue pratique, le NAND et le NOR sont importants parce que, dans la
famille CMOS, ils sont cr´ e´ es ` a partir de transistors de mani` ere plus simple et naturelle
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calcul. Dans les ordinateurs modernes, les sorties peuvent servir d’entr´ ees pour de
nouvelles op´ erations.
Il existe d’autres op´ erateurs bool´ eens couramment utilis´ es dans la conception des
ordinateurs : le NAND et le NOR. Ils sont d´ efinis ainsi :
A NAND B ⇐⇒ NON(A ET B),
A NOR B ⇐⇒ NON(A OU B).
(15.23)
On peut ´ evidemment les r´ ealiser en combinant des circuits r´ ealisant le NON, le ET et
le OU, mais il est plus simple de monter des circuits qui les ex´ ecutent directement. Le
NAND et le NOR sont donc souvent ajout´ es ` a la liste des op´ erateurs bool´ eens de base.
Ils sont dits universels. L’exercice 34 explique pourquoi.
Un tout premier pas vers les ordinateurs Les ordinateurs sont compos´ es de
transistors que l’on peut visualiser comme des interrupteurs complexes ne fonctionnant
que dans un sens, un peu comme une porte dont la penture ne permet l’ouverture que
d’un cˆ ot´ e : ainsi un transistor peut « livrer » une entr´ ee sans ˆ etre affect´ e par ce qui se
passe par la suite. Pour cela, au lieu d’associer `
a l’entr´ ee 1 la pr´ esence d’un courant, on
utilise une diff´ erence de potentiel qui peut ˆ etre positive ou n´ egative. Lorsque la diff´ erence
de potentiel a le bon signe et atteint le seuil voulu, elle engendre le courant qui ouvre
l’interrupteur.
Un mot sur les syst` emes int´ egr´ es ` a tr` es haute ´ echelle ou syst` emes VLSI
(very large scale integration) Les transistors servent ` a cr´ eer diverses familles de composantes logiques, dont TTL (transistor-transistor logic), ECL (emitter coupled logic),
NMOS (n-channel metal oxide semiconductor), CMOS (complementary metal oxide semiconductor), par assemblage en portes symbolisant le ET, le OU, le XOR, le NON et
souvent le NAND et le NOR. Chaque sortie peut devenir l’entr´ ee du prochain circuit,
ce qui permet l’assemblage de circuits tr` es complexes ayant des millions de transistors.
Dans la plupart de ces familles logiques, la diff´ erence de potentiel ` a la sortie d’un transistor repr´ esente le niveau logique, et le courant transporte la charge n´ ecessaire aux
variations de cette diff´ erence de potentiel. Les transistors MOS ´ etaient historiquement
fabriqu´ es de trois couches, une couche de silicium, une couche d’oxyde (isolant) et une
couche de m´ etal (agissant comme interrupteur). De nos jours, le m´ etal a ´ et´ e remplac´ e
par un silicium polycristallin, et la couche d’oxyde est tr` es mince, de l’ordre de 12 ˚ A
(1 ˚ A = 1 angstr¨ om = 10
−10 m ; une liaison atomique a une longueur approximative
de 2 ˚ A). Les composantes CMOS sont de loin les plus employ´ ees. Leur efficacit´ e r´ eside
dans le fait que le courant circule seulement quand le circuit logique est en transition,
contrairement ` a notre ampoule ´ electrique. La transition est effectu´ ee par un transfert de
charge transport´ e par le courant. Une fois le transfert de charge effectu´ e, il n’y a plus de
courant, donc pas d’´ energie perdue. Cela permet de cr´ eer des circuits int´ egr´ es qui ont
plus d’un milliard de transistors et une consommation d’´ energie raisonnable (< 150 W).
Du point de vue pratique, le NAND et le NOR sont importants parce que, dans la
famille CMOS, ils sont cr´ e´ es ` a partir de transistors de mani` ere plus simple et naturelle