L'électronique numérique est une branche de l'électronique qui traite les informations sous forme de valeurs discrètes. Contrairement à l'électronique analogique, où une tension peut prendre une infinité de valeurs, l'électronique numérique utilise presque toujours seulement deux états : un état bas et un état haut. Ces deux états représentent les chiffres 0 et 1, appelés bits.

Ces deux valeurs sont faciles à distinguer par les composants électroniques. Dans de nombreux circuits, une tension proche de 0 volt représente le 0 logique, tandis qu'une tension plus élevée, par exemple 5 volts ou 3,3 volts, représente le 1 logique. Les valeurs exactes dépendent de la technologie utilisée, mais le principe reste toujours le même : chaque information est codée par une succession de 0 et de 1.

Toutes les informations numériques peuvent être représentées avec des bits. Les nombres, les textes, les images, les sons ou les vidéos sont finalement transformés en longues suites de 0 et de 1. Huit bits forment un octet, qui permet par exemple de représenter 256 valeurs différentes, de 0 à 255.

Les circuits numériques utilisent des portes logiques, des bascules, des compteurs, des registres, des mémoires, des microcontrôleurs ou des microprocesseurs. Ensemble, ces composants permettent de réaliser des calculs, de mémoriser des informations et de prendre des décisions très rapidement.

Exemple : lorsqu'on appuie sur une touche d'un clavier d'ordinateur, le circuit détecte le changement d'état électrique provoqué par la touche. Cette information est transformée en une suite de bits qui est ensuite interprétée par le microprocesseur afin d'afficher le caractère correspondant à l'écran.

L'électronique numérique présente de nombreux avantages. Les signaux sont moins sensibles aux parasites que les signaux analogiques, les calculs peuvent être réalisés très rapidement et les informations peuvent être copiées ou transmises sans perdre de qualité. C'est pourquoi presque tous les appareils modernes utilisent aujourd'hui cette technologie.

Cependant, le monde qui nous entoure est essentiellement analogique. La lumière, le son, la température ou la pression varient de façon continue. Les appareils numériques utilisent donc des convertisseurs analogique-numérique (CAN) pour transformer les mesures des capteurs en données numériques, puis des convertisseurs numérique-analogique (CNA) lorsqu'ils doivent produire un son, une image ou commander certains équipements.

Aujourd'hui, l'électronique numérique est présente dans les ordinateurs, les smartphones, les téléviseurs, les consoles de jeux, les automobiles, les robots, les satellites, les appareils médicaux et la plupart des objets connectés. Elle constitue l'une des technologies les plus importantes du monde moderne.

Les registres

Les registres sont de petites mémoires très rapides situées à l'intérieur des microprocesseurs et des microcontrôleurs. Ils servent à stocker temporairement les données dont le processeur a besoin pendant l'exécution d'un programme. Grâce à eux, les calculs peuvent être réalisés beaucoup plus rapidement que si le processeur devait aller chercher chaque information dans la mémoire principale.

Un registre est constitué d'un ensemble de bascules. Chaque bascule mémorise un bit. En regroupant plusieurs bascules, on peut mémoriser un nombre entier.

Par exemple :

• un registre de 8 bits contient 8 bascules et peut stocker une valeur comprise entre 0 et 255 ;
• un registre de 16 bits contient 16 bascules ;
• un registre de 32 bits contient 32 bascules ;
• un registre de 64 bits contient 64 bascules.

Lorsqu'un programme s'exécute, le processeur charge les données utiles dans ses registres. Les opérations arithmétiques et logiques sont alors réalisées directement sur leur contenu. Une fois le calcul terminé, le résultat peut être conservé dans un registre ou envoyé vers la mémoire.

Exemple : pour calculer 25 + 17, le processeur peut charger 25 dans un premier registre, 17 dans un second, effectuer l'addition dans son unité arithmétique et logique (ALU), puis placer le résultat, 42, dans un troisième registre.

Les registres ne servent pas uniquement à stocker des nombres. Certains contiennent des adresses mémoire, d'autres conservent le résultat des comparaisons, l'état du processeur ou encore l'adresse de la prochaine instruction à exécuter.

Parmi les registres les plus importants, on trouve notamment :

• les registres de données, qui stockent les valeurs manipulées par les programmes ;
• les registres d'adresses, qui indiquent où se trouvent les données en mémoire ;
• le compteur ordinal (Program Counter), qui contient l'adresse de la prochaine instruction à exécuter ;
• le registre d'état, qui mémorise différents indicateurs, comme le résultat nul d'un calcul ou une retenue.

Les registres sont les mémoires les plus rapides d'un ordinateur. Leur accès ne demande généralement qu'un seul cycle d'horloge, alors que l'accès à la mémoire vive (RAM) est plus lent. C'est pourquoi les processeurs modernes possèdent souvent plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de registres selon leur architecture.

Sans les registres, les processeurs seraient beaucoup moins performants. Chaque opération nécessiterait de nombreux échanges avec la mémoire principale, ce qui ralentirait considérablement l'exécution des programmes.