Architecture des ordinateurs

1. ISG Tunis Architecture des ordinateurs Réalisé par: Ben HammoudaManel Manel_hamouda@hotmail.com 2009/2010

2. Objectifs • Représenter l’architecture de l’ordinateur • Expliquer le fonctionnement de l’ordinateur

3. Plan

4. Définition de l’ordinateur: • Un ordinateur est une machine de traitement automatisé de l’information. • Fonctionnalités: • Acquérir l’information, la stocker, la modifier en appliquant des instructions prédéfinies (programmes) • Interagir avec l'environnement grâce à des périphériques (écran, clavier….).

5. Historique • 19 ème siècle : automate et machine à calcul • 20 ème siècle : Von Neumann décrit un modèle de machines universelles qui possède -une mémoire -une unité arithmétique et logique -une unité d’entrées/sorties (I/O) -unité de commande (UC)

6. Historique : 1ère génération1946-1957 • 1946 l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) 18000 Tubes – 30 tonnes • Machines volumineuses et peu fiables • Technologie à lampes, relais, résistances • Exécute 40 000 opération/s • Programmation par cartes perforées Câblage du programme

7. Historique : 2ème génération1958- 1964 • Machines fiables • Technologie à transistors • Exécute 200 000 opérations/s • Premiers langages de programmation évolués • (COBOL, FORTRAN, LISP) mini ordinateur DEC PDP-1 (1961)

8. Historique : 3ème génération1965- 1971 4004 de INTEL(1971) • Technologie des circuits intégrés • Exécute 1 000 000 opération/s • Avènement du système d’exploitation complexe • (UNIX, Pascal, Basic, CISC) • 1971 : premier microprocesseur 4004 de INTEL: Toutes les composantes de la CPU sont réunies sur une même puce PDP 8E (1965)

9. Historique : 4ème génération1972- 1977 • Technologie LSI (large SI) • Exécute 10 000 000 opérations/s • Avènement de réseaux de machines • Traitement distribué/réparti Micral-N (1973)

10. Historique : 5ème génération1978 • Technologie VL/WSI (very large, wafer) • Systémes distribués interactif • Multimédia, traitement de données non numériques: (textes, images, paroles) • Parallélisme massif, client-serveur • RISC

11. Principaux éléments de l’ordinateur Ecran Souris Ordinateur Périphériques clavier Unité Centrale Unité Centrale

12. Unité centrale • carte graphique (écran) • carte contrôleur (disque dur) • carte son (micro, haut-parleur) Les interfaces d’entrées/sorties

13. Architecture ²² Bus des données Microprocesseur: CPU Unité d’E/S Mémoires Bus d’adresse Bus de controle Définition d’un Bus: Un bus est un ensemble de n fils conducteurs, utilisés pour transporter n signaux binaires entre les composantes de l’ordinateur Type des bus: Il est un bus bidirectionnel. Lors d’une lecture, c’est la mémoire qui envoie un mot sur le bus lors d’une écriture, c’est le processeur qui envoie la donnée Ilest un bus unidirectionnel : transporte les adresses mémoire auxquelles le processeur souhaite accéder pour lire ou écrire une donnée. Il transporte les ordres et les signaux de synchronisation en provenance de l’unité de commande et à destination de l'ensemble des composants matériels

14. Microprocesseur: CPU • Circuit électronique complexe • Créé par la Société Intel • Commande toutes les composantes de l’ordinateur • Se base sur une Horloge qui synchronise les flux d’informations qui circulent dans le microprocesseur pentuim 4 Athlon xp_300 intel_core2duo

15. Microprocesseur: CPU Unité de traitementouUnitéArithmétique et Logique(UAL) Unité de Commande

16. Processeur Unité de traitement Unité de commande • Unité de traitement regroupe les circuits qui assurent les traitements nécessaires à l'exécution des instructions : • Unité Arithmétique et Logique (UAL): est un circuit complexe qui assure les fonctions logiques (ET, OU, Comparaison, Décalage…) ou arithmétique (Addition, soustraction…). • Accumulateurs : sont des registres de travail qui servent à stocker une opérande au début d'une opération arithmétique et le résultat à la fin de l'opération • Registre d’état : indique l’état de la dernière opération effectuer par l’UAL • Unité de traitement permet de séquencer le déroulement des instructions. Elle effectue la recherche en mémoire de l'instruction, assure son décodage pour enfin réaliser son exécution. • Elle est composée de : • Compteur ordinal (CO) : contient l'adresse de la prochaine instruction. • Registre d’instruction : enregistre le code de l’instruction qui vient d’être lue dans la mémoire et ramenée dans le microprocesseur. • Bloc logique de commande (ou séquenceur) : Il organise l'exécution des instructions au rythme d’une horloge

17. Schéma fonctionnel

18. Mémoires • Définition: • Circuit semi-conducteur • Permettant d’enregistrer, de conserver et de restituer des informations, ces informations peuvent être écrites ou lues. • Organisation d’une mémoire: • Une case mémoire peut contenir un seul • élément. • Ces cases mémoires sont identifiées par • une adresse

19. Mémoires Capacité le nombre total de bits que contient la mémoire Temps de cycle c’est l'intervalle minimum qui doit séparer deux demandes successives de lecture ou d'écriture Caractéristiques Débit c’est le nombre maximum d'informations lues ou écrites par seconde Volatilité elle caractérise la permanence des informations dans la mémoire. Temps d’accès c’est le temps qui s'écoule entre l'instant où a été lancée une opération de lecture/écriture en mémoire et l'instant où la première information est disponible sur le bus de données.

20. Mémoires Types de mémoire: Mémoire vive: RAM (RandomAcces Memory) Mémoiremorte: ROM (Read Only Memory) Mémoires auxiliaires

21. Mémoires Mémoire vive: RAM (RandomAcces Memory) Mémoiremorte:ROM (Read Only Memory) Mémoires de masses ou auxiliaires Elle permet de conserver les informations qui y sont contenues même lorsque la mémoire n'est plus alimentée électriquement. Ce type de mémoire ne peut être accédée qu'en lecture. Cette mémoire contient le système de gestion des matériels BIOS (Basic Input Ouput Service) qui agit comme une interface entre le Système d’exploitation et les matériels. Une mémoire vive sert au stockage temporaire de données. Elle doit avoir un temps de cycle très court pour ne pas ralentir le microprocesseur. Les mémoires vives sont en général volatiles : elles perdent leurs informations en cas de coupure d'alimentation. La mémoire de masse est une mémoire périphérique de grande capacité utilisée pour le stockage permanent ou la sauvegarde des informations. Elle utilise pour cela des supports magnétiques (disque dur) ou optiques (CDROM, DVDROM).

22. Mémoires Disque Dur: Définition: Un disque dur est une mémoire de masse destinée à la lecture et l'écriture de données informatiques. • Organisation interne du disque dur: • ndisques (plateaux). • Sur chaque disque on trouve des pistes • Un cylindre est constitué par toutes les pistes superposées de même ordre qui se présentent simultanément sous les têtes de lecture/ écriture. • Tête de lecture/écriture

23. Mémoires

24. Mémoire Cache Définition: La mémoire cache consiste à placer à l'intérieur du microprocesseur une zone de mémoire dans laquelle sont copiés les éléments qui seront nécessaires avant qu'ils ne soient demandés Principe : Recherche d'une donnée dans le cache avant de la rechercher dans la mémoire principale

25. Carte mère • Assure la connexion physique des différents composants (processeur, mémoire, carte d'entrées/sorties, ...) par l’intermédiaire de différents bus (adresses, données et commande, socket)

26. Exécution d’une instruction Phase 1: Recherche de l'instruction à traiter 2.Au bout d'un certain temps (temps d'accès à la mémoire), le contenu de la case mémoire sélectionnée est disponible sur le bus des données. 1.Le PC contient l'adresse de l'instruction suivante du programme. Cette valeur est placée sur le bus d'adresses par l'unité de commande qui émet un ordre de lecture 3.L'instruction est stockée dans le registre instruction du processeur 1 3 2

27. Exécution d’une instruction • Phase 2 : Décodage de l’instruction et recherche de l'opérande 2. Si l'instruction nécessite une donnée en provenance de la mémoire, l'unité de commande récupère sa valeur sur le bus de données. 3.L’opérande est stockée dans un registre. 1.L'unité de commande transforme l'instruction en une suite de commandes élémentaires nécessaires au traitement de l'instruction. 2 1

28. Exécution d’une instruction Phase 3 : Exécution de l'instruction 1.Le programme réalisant l'instruction est exécuté. 2. Mise à jour de registre d’état 3.L'unité de commande positionne le PC pour l'instruction suivante.

29. Références: • Histoire de l’informatique (09/12/2007): http://www.histoireinformatique.org/musee/2_2_13.html • Note de cour de T.Dumartin(2004-2005): Architecture des ordinateurs • Architecture des Ordinateur(1999-2000) : Emmanuel Viennet