Introduction

Cours N1

Un exemple pour commencer

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Systmes numriques et analogiquesDfinitions de base

Par numrique , on veut dire discret . Par analogique on veut dire continu . Un systme numrique traite de linformation sous forme discrte:

nombre fini de valeurs ou dtats diffrents; moments dchantillonnage priodiques.

Dans la nature, linformation est continue: en grandeur; dans le temps; dans lespace.

Pour numriser ( discrtiser) un signal naturel, on doit: lchantillonner, cest--dire le mesurer en un instant ou un lieu prcis; et, en quantifier lamplitude, cest--dire lui associer une valeur discrte parmi un

ensemble de valeurs.

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Systmes numriques et analogiquesExemples de phnomnes continus et discrets

Exemples de phnomnes continus : la voix, la musique, les impulsions dun sonar et autres sons, qui sont en fait des

variations de pression dans un matriel solide, liquide ou gazeux; les signaux lectriques provenant du cerveau ou du cur; les phnomnes naturels : la temprature de lair, la pression atmosphrique, la

vitesse et la direction du vent, le dbit dune rivire; la position et lattitude dun corps dans lespace; les images et les vidos; et, les signaux de communication et de radar (signaux en radiofrquences).

Exemples de phnomnes discrets : le nombre de personnes dans une salle; le solde dun compte bancaire; lensemble des cours dun programme universitaire.

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Systmes numriques et analogiquesUn systme numrique et son environnement

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Systmes numriques et analogiquesTraitement numrique

Le traitement effectu sur linformation numrise peut inclure : la compression dune image; la reconnaissance ou la synthse de la parole; la transmission dinformation dans un rseau; ou, la confirmation de lidentit dune personne selon des caractristiques

biomtriques.

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Systmes numriques et analogiquesExemple: numrisation de la musique

Pour les sons, on fait un chantillonnage dans le temps intervalles rguliers eton quantifie en amplitude.

CD audio: 44100 chantillons par seconde, 65536 niveaux dintensit.

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Systmes numriques et analogiquesExemple: rduction du bruit dans un signal audio

8

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-1

0

1

signal d'entream

plitu

de

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-1

0

1

signal de sortie

temps (secondes)

ampl

itude

Systmes numriques et analogiquesExemple: filtre numrique

Structure dun filtre numrique rponse impulsionnelle finie.

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Systmes numriques et analogiquesAvantages des systmes numriques

Les systmes numriques prsentent dimportants avantages par rapport auxsystmes analogiques: la fiabilit accrue due lindpendance aux variations de temprature, de tension

dalimentation et de temps; la possibilit de transmettre et reproduire linformation de faon exacte; la flexibilit de conception et la facilit de fabrication; la baisse des cots et de la taille, et laugmentation de la frquence dopration.

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Niveaux dabstraction des systmes numriques

On peut identifier trois niveaux dabstraction pour les systmes numriques : le niveau systme: microprocesseur, mmoire, units dentre-sortie, bus; le niveau des portes logiques: les portes de base (ET, OU, NON, etc.), les circuits

combinatoires (multiplexeurs, encodeurs, additionneurs, multiplicateurs, etc.), et leslments mmoire (bascules et loquets); et,

le niveau des circuits: transistors, diodes, rsistances, condensateurs et inductances.

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Implmentation des systmes numriquesConsidrations dimplmentation

La prcision des calculs: Tlphonie, la voix est numrise avec 8 bits. CD audio, les sons sont numriss avec 16 bits.

La puissance consomme: Dure des piles. Dissipation de la chaleur.

La taille du systme: Intgration de plus de fonctionnalits.

Le taux de traitement (la vitesse ): Nombre doprations pouvant tre effectues par unit de temps. Directement proportionnel

la frquence dhorloge du systme; et, au nombre dunits de traitement pouvant oprer en parallle.

Un compromis doit tre fait entre ces quatre considrations!

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Partitionnement matriel et logiciel

tant donn un problme rsoudre avec un systme numrique, lingnieurdoit effectuer un premier partitionnement entre les composantes matrielles etlogicielles du systme.

Une solution toute logicielle consiste utiliser un microprocesseur et crire dulogiciel pour effectuer le traitement dsir. trs grande flexibilit on peut concevoir et faire fabriquer la partie matrielle du systme trs tt et

travailler sur le logiciel pendant son dveloppement. Une solution toute matrielle est btie de portes logiques et de bascules sans

aucun logiciel. plus grande performance conception souvent moins flexible

La plupart des systmes numriques se situent entre ces deux extrmes. Lessystmes embarqus comportent en gnral un processeur sur lequel sexcutedu logiciel et quelques processeurs ou coprocesseurs ddis des tchesparticulires.

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Partitionnement matriel et logiciel

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Options dimplmentation pour les solutions matrielles

ASIC : Application Specific Integrated Circuit : Circuit intgr application spcifique. En gnral conu sur mesure pour rpondre un besoin prcis dans un produit. Circuit trs efficace en termes de puissance, taille ou taux de traitement. Exemple: intgration de plusieurs fonctions dun tlphone cellulaire pour avoir un

gain de performance. Circuits intgrs qui ne sont pas considrs des ASICs:

microprocesseurs et processeurs DSP; mmoires DRAM et SRAM; composantes logiques discrtes dans un botier: portes logiques, multiplexeurs, etc.; ASSP (Application-Specific Standard Product): circuits usage spcifique, comme un

dcodeur vido ou un circuit UART, mais qui sont vendus trs grande chelle. Avec la progression de l'intgration de plus en plus de transistors sur une mme

puce, ces dfinitions et les distinctions entre elles deviennent moins claires avecle temps.

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Technologies dASIC

On veut implmenter un ASIC. Quelle technologie utiliser? Le dfi: trouver un quilibre entre les cots initiaux de dveloppement et les

cots unitaires.

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Technologies de circuits intgrs application spcifique (ASIC)

Logique fixe Logique programmable

ASIC sur mesureFull-custom ASIC

ASIC cellules normalisesCell-based ASIC

rseau pr-diffus de portesGate Array

mmoire morteProgrammable Read Only Memory PROMElectrically Programmable ROM EPROMErasable EPROM EEPROM

rseau de logique programmableProgrammable Logic Array - PLA

circuit PALProgrammable Array Logic - PAL

circuit GALGeneric Array Logic - GAL

circuit logique programmable complexeComplex Programmable Logic Device CPLD

rseau prdiffus programmable par lutilisateurField-Programmable Gate Array FPGA

rseau dobjets programmable par lutilisateurField-Programmable Object Array FPOA