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Architecture des ordinateurs Sup Management 1 Contenu du cours Architecture des

Architecture des ordinateurs Sup Management 1 Contenu du cours Architecture des ordinateurs Sup'Management 2 Chapitre 1 Historique et évolution des ordinateurs Chapitre 2 Architecture et fonctionnement d’un microprocesseur Chapitre 3 Les mémoires Chapitre 5 Le microprocesseur Intel 8086 Chapitre 6 La programmation en assembleur du microprocesseur 8086 Travaux Pratiques Chapitre 4 Les interfaces d’entrée/sortie Historique et évolution des ordinateurs Architecture des ordinateurs Sup'Management 3 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 but d'un ordinateur est de définir et exécuter des séquences de calcul. Architecture des ordinateurs Sup'Management 4 Historique 17ème siècle : la science s'intéresse de plus en plus aux outils de calcul 1620 : règle à calcul (selon les principes de Neper) 1623, Shickard : première machine à calcul, roues dentées et retenues 1642, Pascal : machine faisant des additions et soustractions de 6 chiffres (la Pascaline) 1674, Leibniz : calculatrice avec 4 opérations arithmétiques Architecture des ordinateurs Sup'Management 5 Historique La pascaline Architecture des ordinateurs Sup'Management 6 Historique 1945, Eckert & Mauchly : ENIAC(Electronical Numerical Integrator And Calculator) Premier calculateur/ordinateur moderne Entièrement électronique: utilise des tubes à vide et des relais Utilise un système décimal Inconvénient : difficulté de passer d'un programme à un autre (6000 commutateurs connectables pour programmer) 30 tonnes, forme de U de 6 mètres de large et 12 de long Architecture des ordinateurs Sup'Management 7 Historique ENIAC Architecture des ordinateurs Sup'Management 8 Historique – Générations des ordinateurs Génération 0 : 17ème siècle à 1945 Calculateurs mécaniques Première génération : 1945 – 1955 Tubes à vide Premiers calculateurs électroniques Ex: ENIAC Seconde génération : 1955 – 1965 Transistors remplacent les tubes à vides Premières séries commerciales d'ordinateurs Architecture des ordinateurs Sup'Management 9 Historique – Générations des ordinateurs Troisième génération : 1965 – 1980 Circuits intégrés : permettent de placer un nombre important de transistors sur une même puce de silicium Début de la montée en puissance et de la miniaturisation 1971 : Intel 4004 Première unité de calcul (sur 4 bits) intégrée entièrement sur une seule puce Premier micro-processeur Performances identiques à l'ENIAC pour une taille de moins de 11mm2 Architecture des ordinateurs Sup'Management 10 Historique – Générations des ordinateurs Quatrième génération : 1980 à aujourd'hui VLSI / ULSI: Very / Ultra Large Scale Integration Intégration de milliers à milliards de transistors sur une même puce Toujours plus de puissance et de miniaturisation à un coût toujours moindre Oracle Sparc M7 (2015) o 32 cores o 10 milliards de transistors o Fréquence de 4,13 GHz Architecture des ordinateurs Sup'Management 11 Historique – Générations des ordinateurs Cinquième génération Ordinateurs quantiques ? Architecture des ordinateurs Sup'Management 12 Architecture et fonctionnement d’un microprocesseur 13 Structure d’un ordinateur Un ordinateur est une machine programmable universelle de traitement de l'information Pour accomplir sa fonction, il doit pouvoir : Acquérir de l'information de l'extérieur Stocker en son sein ces informations Combiner entre elles les informations à sa disposition Restituer ces informations à l'extérieur Architecture des ordinateurs Sup'Management 14 Structure d’un ordinateur L'ordinateur doit donc posséder : Une ou plusieurs unités de stockage, pour mémoriser le programme en cours d'exécution ainsi que les données qu'il manipule Une unité de traitement permettant l'exécution des instructions du programme et des calculs sur les données qu'elles spécifient Différents dispositifs « périphériques » servant à interagir avec l'extérieur : clavier, écran, souris, carte graphique, carte réseau, etc. Les constituants de l'ordinateur sont reliés par un ou plusieurs bus, ensembles de fils parallèles servant à la transmission des adresses, des données, et des signaux de contrôle Architecture des ordinateurs Sup'Management 15 Machine de Von Neumann Machine de Von Neumann = ordinateur Machine universelle contrôlée par un programme Les instructions du programme sont stockées en mémoires et codées en binaire Les instructions sont exécutées en séquence par défaut o Mais le programme peut en modifier l'ordre d'exécution o Création d'instructions pour ruptures de séquences Le programme peut se modifier Architecture des ordinateurs Sup'Management 16 Architecture de Von Neumann Von Neumann a également défini l'architecture générale d'un ordinateur Cette architecture est toujours en vigueur de nos jours même si en versions beaucoup plus complexes. Architecture des ordinateurs Sup'Management 17 Mémoire Une mémoire est un élément de stockage d'information Les bits stockés sont organisés en forme de matrice: la dimension de la mémoire est donnée par le nombre de lignes fois la largeur de la ligne. Chaque ligne de la mémoire est appelée un mot. Elle est identifiée par une adresse (numéro de la ligne). Le nombre de lignes est toujours une puissance de deux Deux opérations sont possibles, toujours sur un mot complet: la lecture (read) et l‘écriture (write). Architecture des ordinateurs Sup'Management 18 Mémoire – vue logique Architecture des ordinateurs Sup'Management 19 La mémoire centrale peut être vue comme un large vecteur ( tableau ) de mots ou octets. Un mot mémoire stocke une information sur n bits. un mot mémoire contient plusieurs cellules mémoire. Une cellule mémoire stock 1 seul bit . Chaque mot possède sa propre adresse. Une adresse est un numéro unique qui permet d’accéder à un mot mémoire. Mémoire – vue logique Architecture des ordinateurs Sup'Management 20 Les adresses sont séquentielles (consécutives ) La taille de l’adresse ( le nombre de bits ) dépend de la capacité de la mémoire. Mémoire – Structure physique Architecture des ordinateurs Sup'Management 21 RAM (Registre d’adresse Mémoire ) : ce registre stock l’adresse du mot à lire ou a écrire . RIM ( Registre d’information mémoire ) : stock l’information lu à partir de la mémoire ou l’information à écrire dans la mémoire. Décodeur : permet de sélectionner un mot mémoire. R/W : commande de lecture/écriture , cette commande permet de lire ou d’écrire dans la mémoire ( si R/W=1 alors lecture sinon écriture ) Bus d’adresses de taille k bits Bus de données de taille n bits Mémoire – structure physique Architecture des ordinateurs Sup'Management 22 Mémoire – Lecture Architecture des ordinateurs Sup'Management 23 Pour lire une information en mémoire centrale il faut effectuer les opérations suivantes: Charger dans le registre RAM l’adresse du mot à lire. Lancer la commande de lecture ( R/W=1) L’information est disponible dans le registre RIM au bout d’un certain temps ( temps d’accès) Mémoire – Lecture Architecture des ordinateurs Sup'Management 24 Mémoire – Ecriture Architecture des ordinateurs Sup'Management 25 Pour écrire une information en MC il faut effectuer les opérations suivantes: Charger dans le RAM l’adresse du mot ou se fera l’écriture. Placer dans le RIM l’information à écrire. Lancer la commande d’écriture pour transférer le contenu du RIM dans la mémoire. Mémoire – Ecriture Architecture des ordinateurs Sup'Management 26 Mémoire – Types RAM: une mémoire vive RAM (Random Acces Memory : mémoire à accès aléatoire) 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. Certaines d'entre elles, ayant une faible consommation, peuvent être rendues non volatiles par l'adjonction d'une batterie. Il existe deux grandes familles de mémoires RAM : o Les RAM statiques o Les RAM dynamiques Architecture des ordinateurs Sup'Management 27 Mémoire – Types ROM: pour certaines applications, il est nécessaire de pouvoir conserver des informations de façon permanente même lorsque l'alimentation électrique est interrompue. On utilise alors des mémoires mortes ou mémoires à lecture seule (ROM : Read Only Memory). Ces mémoires sont non volatiles. Ces mémoires, contrairement aux RAM, ne peuvent être que lue. L’inscription en mémoire des données restent possible mais est appelée programmation. Suivant le type de ROM, la méthode de programmation changera. Il existe donc plusieurs types de ROM : Q ROM Q PROM Architecture des ordinateurs Sup'Management 28 Mémoire – Echange avec le processeur Dans une architecture à un seul processeur : le processeur à l’exclusivité d’accéder à la mémoire. Le rendement de l’UC n’est conditionnée que par le temps d’accès à la MC. Si le calculateur possède plusieurs processeurs qui fonctionnent en parallèle ( en même temps ), c’est possible que deux processeurs ou plus demandent d’accéder à la mémoire au même instant. Si la mémoire est structurée en un seul bloc alors un processeur peut monopoliser la MC. Même si le temps d’accès est très petit, des processeurs vont être pénalisés donc la structure de la MC est aussi importante. Architecture des ordinateurs Sup'Management 29 Mémoire – Echange avec le processeur Architecture des ordinateurs Sup'Management 30 Processeur (CPU) Le processeur est chargé d’organiser les tâches précisées par le programme et d’assurer leur exécution. Il doit aussi prendre en compte les informations extérieures au système et assurer leur traitement. C’est le cerveau du système. Architecture des ordinateurs Sup'Management 31 Microprocesseur Un microprocesseur est un circuit intégré complexe caractérisé par une très grande intégration et doté des facultés d'interprétation et d'exécution des instructions d'un programme. A l’heure actuelle, un microprocesseur regroupe sur quelques millimètre carré des fonctionnalités toujours plus complexes. uploads/Ingenierie_Lourd/ architecture-des-ordi-pdf.pdf