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Chapitre2 Architecture des ordinateurs 1. Introduction Le cours d’architecture

Chapitre2 Architecture des ordinateurs 1. Introduction Le cours d’architecture des ordinateurs, plus généralement de systèmes à microprocesseurs expose les principes de base du traitement programmé de l’information. La mise en œuvre de ces systèmes s’appuie sur deux modes de réalisation distincts, le matériel et le logiciel. Le matériel (hardware) correspond à l’aspect concret du système : unité centrale, mémoire, organes d’entrées-sorties, etc… Le logiciel (software) correspond à un ensemble d’instructions, appelé programme, qui sont contenues dans les différentes mémoires du système et qui définissent les actions effectuées par le matériel. 2. Qu’est-ce qu’une architecture ? L'architecture d'un ordinateur représente l’organisation de ses différentes unités et de leurs interconnexions. 3. Qu’est ce qu’un ordinateur ? Machine capable d'effectuer automatiquement des opérations arithmétiques et logiques (à des fins scientifiques, administratives, comptables, . . . ) à partir de programmes définissant la séquence de ces opérations. Le terme PC (Personal Computer) a été introduit en 1981 lorsque la firme IBM (Internal Business Machines) a commercialisé pour la première fois un ordinateur personnel destiné à une utilisation familiale. Pour cela, le PC est défini par une architecture minimale laissant la liberté à chacun de rajouter les périphériques d’entrée/sorties nécessaires à l’utilisation visée, qu’elle soit familiale ou professionnelle. 4. Les différents systèmes à microprocesseur ? Les applications des systèmes à microprocesseurs sont multiples et variées : Ordinateur, PDA console de jeux calculatrice télévision téléphone portable distributeur automatique d’argent robotique lecteur carte à puce, code barre automobile instrumentation 5. Architecture de base d’un ordinateur John Von Neumann a proposé en 1946 un modèle de machine universelle. Cette architecture sert de base à la plupart des systèmes à microprocesseur actuel. Elle comprend les éléments suivants : une unité centrale une mémoire principale des interfaces d’entrées/sorties Les différents organes du système sont reliés par des voies de communication appelées bus. Figure 1: Modèle de Von Neumann(1946) A. Mémoire Principale (Centrale)  Stocke les programmes et les données  Enregistre les résultats intermédiaires et/ou finaux Physiquement, elle est constituée de: une mémoire morte ( ROM) une mémoire vive ( RAM) ROM RAM Les disques durs, disques amovibles (flash disc, clé USB), disquettes, CDROM, DVD etc… sont des périphériques de stockage et sont considérés comme des mémoires secondaires. Unité de mesure des mémoires L’unité de base est le bit (Le plus petit élément de stockage) Octet (Byte) ensemble de 8 bits Ko (KB) ensemble de 1024 octets Mo (Mb) ensemble de 1024 Ko Go (GB) ensemble de 1024 Mo To(TB) ensemble de 1024 Mo Une idée sur l’ordre de grandeur  1 octet: un caractère,  1 Ko: une page de caractères,  1 Mo: un livre, une chanson.  1Go: un film,  1To: un disque dur.  B. Unités d'entrées et de sorties Elles permettent d’assurer la communication entre le microprocesseur et les périphériques. (Capteur, clavier, moniteur ou afficheur, imprimante, modem, etc…). Périphériques d’entrée : Clavier, Souris, Micro, Scanner … Périphériques de sortie, Ecran, Imprimante, Haut parleurs… Souris imprimante Haut-parleurs Certains périphériques sont à la fois des périphériques d’entrée et de sortie : o Lecteur disquette, zip o Modem o Ecran tactile o Disque dur o Lecteur/graveur de cd/dvd o Clé USB… C. L’unité centrale L’unité centrale (le boitier) est munie d’une carte centrale appelée Carte Mère. Elle abrite le processeur, les mémoires, les ports d’entrée/sortie, les cartes d’extension… C’est la partie la plus importante de l’ordinateur. Figure 2: Les composants de l'unité centrale le microprocesseur est chargé d’interpréter et d’exécuter les instructions d’un programme, de lire ou de sauvegarder les résultats dans la mémoire et de communiquer avec les unités d’échange. Microprocesseur AMD Microprocesseur Intel U.C. Figure 3: La carte mère Figure 4: Architecture d'une carte mère La carte mère est aussi composée de connecteurs permettant : – d’ajouter des cartes (son, vidéo, réseau, etc…), – et surtout de brancher les périphériques. Carte réseau Carte son Carte vidéo (graphique) Remarque importante L’Unité Centrale (UC) peut désigner le boîtier (la tour) de l’ordinateur ou exclusivement le CPU (Central Processing Unit). 6. Les bus Un bus est un ensemble de fils qui assure la transmission du même type d’information. On retrouve trois types de bus (internes) véhiculant des informations en parallèle dans un système de traitement programmé de l’information : un bus de données : bidirectionnel qui assure le transfert des informations entre le microprocesseur et son environnement, et inversement. un bus d'adresses: unidirectionnel qui permet la sélection des informations à traiter dans un espace mémoire (ou espace adressable). un bus de commande: constitué par quelques conducteurs qui assurent la synchronisation des flux d'informations sur les bus des données et des adresses. Remarque : il existe des bus d’extensions tels que : L’USB (Universal Serial Bus ) : c’est un bus d’entrée/sortie plug-and-play série. Les bus de connexions filaires tendent à être remplacés par des systèmes de communications sans fils. A l’heure actuelle, il existe : le Bluetooth qui offre actuellement un débit de 1 Mb/s pour une portée d’une dizaine de mètre et qui va servir à connecter des périphériques nécessitant des bandes passantes faibles (clavier, souris, etc…). le WIFI (WIreless FIdelity Network) qui permet de connecter des ordinateurs en réseau. La dernière révision permet des débits de 54 Mb/s. Figure 5:les différents types de Bus 7. Décodage d’adresses La multiplication des périphériques autour du microprocesseur oblige la présence d’un décodeur d’adresse chargé d’aiguiller les données présentes sur le bus de données. En effet, le microprocesseur peut communiquer avec les différentes mémoires et le différent boîtier d’interface. Ceux-ci sont tous reliés sur le même bus de données et afin d’éviter des conflits, un seul composant doit être sélectionné à la fois. Lorsqu’on réalise un système microprogrammé, on attribue donc à chaque périphérique une zone d’adresse, une fonction « décodage d’adresse » est donc nécessaire afin de fournir les signaux de sélection de chacun des composants. 8. Les mémoires Une mémoire est un circuit permettant d’enregistrer, de conserver et de restituer des informations (instructions et variables). Les informations peuvent être écrites ou lues. Il y a écriture lorsqu'on enregistre des informations en mémoire, lecture lorsqu'on récupère des informations précédemment enregistrées. 8.1 Organisation d’une mémoire Une mémoire peut être représentée comme une armoire de rangement constituée de différents tiroirs. Chaque tiroir représente alors une case mémoire qui peut contenir un seul élément : des données. Le nombre de cases mémoires pouvant être très élevé, il est alors nécessaire de pouvoir les identifier par un numéro. Ce numéro est appelé adresse. Chaque donnée devient alors accessible grâce à son adresse. Avec une adresse de n bits il est possible de référencer au plus 2n cases mémoire. Chaque case est remplie par un mot de données. En plus du bus d’adresses et du bus de données, un boîtier mémoire comprend une entrée de commande qui permet de définir le type d’action que l’on effectue avec la mémoire (lecture/écriture) et une entrée de sélection qui permet de mettre les entrées/sorties du boîtier en haute impédance. (Lorsqu’un composant n’est pas sélectionné, ses sorties sont mises à l’état « haute impédance » afin de ne pas perturber les données circulant sur le bus. elle présente une impédance de sortie très élevée = circuit ouvert). Adresse(sur3 bits) case mémoire 111 110 101 100 011 010 001 111100001 000 100001010 Figure 6: Le circuit mémoire R/W : entrée de sélection lecture/écriture. CS : entrée de sélection du circuit (circuit ouvert ou pas). 8.2 Caractéristiques d’une mémoire 1) La capacité : c’est le nombre total de bits que contient la mémoire. Elle s’exprime aussi souvent en octet. 2) Le format des données : c’est le nombre de bits que l’on peut mémoriser par case mémoire. On dit aussi que c’est la largeur du mot mémorisable. 3) Le 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. 4) Le temps de cycle : il représente l'intervalle minimum qui doit séparer deux demandes successives de lecture ou d'écriture. 5) Le débit : c’est le nombre maximum d'informations lues ou écrites par seconde. 6) Volatilité : elle caractérise la permanence des informations dans la mémoire. L'information stockée est volatile si elle risque d'être altérée par un défaut d'alimentation électrique et non volatile dans le cas contraire. 8.3 Hiérarchie mémoire Dans un ordinateur, on peut distinguer plusieurs niveaux de mémoire Rappelons encore que : Les registres sont les éléments de mémoire les plus rapides. Ils sont situés au niveau du processeur et servent au stockage des opérandes et des résultats intermédiaires. La mémoire cache est une mémoire rapide de faible capacité destinée à accélérer l’accès à la mémoire centrale en stockant les données les plus utilisées. La mémoire principale est l’organe principal de rangement des informations. Elle contient les programmes (instructions et données) et est plus lente que les deux mémoires précédentes. mémoires de masse. Elle joue le même rôle que la mémoire cache. La mémoire de masse est une mémoire périphérique de grande capacité utilisée pour le uploads/Geographie/ chapitre-2-a.pdf