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23/11/2020 Architecture et fonctionnement des ordinateurs https://cours.ewa.ma/mod/book/tool/print/index.php?id=490 1/17 Architecture et fonctionnement des ordinateurs Site: Plateforme Cours eWA Course: Architecture des ordinateurs Book: Architecture et fonctionnement des ordinateurs Printed by: Mohamed Amine ISSOUKTANE Date: Monday, 23 November 2020, 7:09 PM 23/11/2020 Architecture et fonctionnement des ordinateurs https://cours.ewa.ma/mod/book/tool/print/index.php?id=490 2/17 Table of contents 1. Généralités 2. Architecture de base 3. Le PC - Personal Computer 3.1. La carte mère 3.2. Le microprocesseur 3.3. Les mémoires 3.4. Différents types de mémoire 3.5. La carte vidéo 4. Les périphériques internes de stockage 23/11/2020 Architecture et fonctionnement des ordinateurs https://cours.ewa.ma/mod/book/tool/print/index.php?id=490 3/17 1. Généralités Introduction L'informatique, contraction d'information et automatique, est la science du traitement de l'information. Apparue au milieu du 20ème siècle, elle a connu une évolution extrêmement rapide. A sa motivation initiale qui était de faciliter et d'accélérer le calcul, se sont ajoutées de nombreuses fonctionnalités, comme l'automatisation, le contrôle et la commande de processus, la communication ou le partage de l'information. Le cours d’architecture des 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. 23/11/2020 Architecture et fonctionnement des ordinateurs https://cours.ewa.ma/mod/book/tool/print/index.php?id=490 4/17 2. Architecture de base Modèle de von Neumann Pour traiter une information, un microprocesseur seul ne suffit pas, il faut l’insérer au sein d’un système minimum de traitement programmé de l’information. John Von Neumann est à l'origine d'un modèle de machine universelle de traitement programmé de l’information (1946). Cette architecture sert de base à la plupart des systèmes à microprocesseur actuel. Elle est composé des 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. L’unité centrale Elle est composée par le microprocesseur qui 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. Toutes les activités du microprocesseur sont cadencées par une horloge. On caractérise le microprocesseur par : sa fréquence d’horloge : en MHz ou GHz le nombre d’instructions par secondes qu’il est capable d’exécuter : en MIPS la taille des données qu’il est capable de traiter : en bits La mémoire principale Elle contient les instructions du ou des programmes en cours d’exécution et les données associées à ce programme. Physiquement, elle se décompose souvent en : une mémoire morte ( ROM = Read Only Memory ) chargée de stocker le programme. C’est une mémoire à lecture seule.une mémoire vive ( RAM = Random Access Memory ) chargée de stocker les données intermédiaires ou les résultats de calculs. On peut lire ou écrire des données dedans, ces données sont perdues à la mise hors tension. Remarque : Les disques durs, disquettes, CDROM, etc... sont des périphériques de stockage et sont considérés comme des mémoires secondaires. Les interfaces d’entrées/sorties Elles permettent d’assurer la communication entre le microprocesseur et les périphériques. ( capteur, clavier, moniteur ou afficheur, imprimante, modem, etc...). Les bus Un bus est un ensemble de fils qui assure la transmission du même type d’information. On retrouve trois types de bus véhiculant des informations en parallèle dans un système de traitement programmé de l’information : un bus d'adresses: unidirectionnel qui permet la sélection des informations à traiter dans un espace mémoire (ou espace adressable) qui peut avoir 2n emplacements, avec n = nombre de conducteurs du bus d'adresses. un bus de commande: constitué par quelques conducteurs qui assurent la synchronisation des flux d'informations sur les bus des données et des adresses. 23/11/2020 Architecture et fonctionnement des ordinateurs https://cours.ewa.ma/mod/book/tool/print/index.php?id=490 5/17 3. Le PC - Personal Computer 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. Depuis, les domaines d’application du PC ont énormément évolué…. De la gestion de production à la gestion de systèmes d’acquisition, en passant par la reconnaissance de forme ou le traitement de l’image, ses domaines d’utilisation sont extrêmement riches et variés. 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. Un PC est composé par une unité centrale associée à des périphériques (clavier, moniteur, carte d’acquisition, etc…) L’unité centrale Elle est composée par : La carte mère Le microprocesseur La mémoire La carte vidéo Les périphériques internes de stockage Vidéo : Les composants d'un PC 23/11/2020 Architecture et fonctionnement des ordinateurs https://cours.ewa.ma/mod/book/tool/print/index.php?id=490 6/17 3.1. La carte mère La carte mère La carte mère est l'un des éléments essentiels d'un ordinateur. Elle assure la connexion physique des différents composants (processeur, mémoire, carte d'entrées/sorties, ...) par l’intermédiaire de différents bus (adresses, données et commande). Plusieurs technologies de bus peuvent se côtoyer sur une même carte mère. La qualité de la carte mère est vitale puisque la performance de l’ordinateur dépend énormément d’elle. La carte mère est de ce fait le centre nerveux d'un ordinateur , lieu d'échange de données et de calcul. On retrouve toujours sur une carte mère : Exemple de carte mère le chipset : c’est une interface d’entrée/sortie. Elle est constituée par un jeu de plusieurs composants chargé de gérer la communication entre le microprocesseur et les périphériques. C’est le lien entre les différents bus de la carte mère. le BIOS (Basic Input Ouput Service) : c’est un programme responsable de la gestion du matériel : clavier, écran, disques durs, liaisons séries et parallèles, etc... Il est sauvegardé dans une mémoire morte (EEPROM) et agit comme une interface entre le système d’exploitation et le matériel. l’horloge : elle permet de cadencer le traitement des instructions par le microprocesseur ou la transmission des informations sur les différents bus. les ports de connexion : ils permettent de connecter des périphériques sur les différents bus de la carte mère. Il existe des ports « internes » pour connecter des cartes d’extension (PCI, ISA, AGP) ou des périphériques de stockage (SCSI, IDE, Serial ATA) et des ports « externes » pour connecter d’autres périphériques (série, parallèle, USB, firewire, etc …) Le socket : c’est le nom du connecteur destiner au microprocesseur. Il détermine le type de microprocesseur que l’on peut connecter. Architecture d’une carte mère Composants de la carte mère Vidéo : La carte mère 23/11/2020 Architecture et fonctionnement des ordinateurs https://cours.ewa.ma/mod/book/tool/print/index.php?id=490 7/17 23/11/2020 Architecture et fonctionnement des ordinateurs https://cours.ewa.ma/mod/book/tool/print/index.php?id=490 8/17 3.2. Le 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. Il 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. A l’heure actuelle, un microprocesseur regroupe sur quelques millimètres carrés des fonctionnalités toujours plus complexes. Leur puissance continue de s’accroître et leur encombrement diminue régulièrement respectant toujours, pour le moment, la fameuse loi de Moore. Vidéo : Le microprocesseur Architecture de base d’un microprocesseur Un microprocesseur est construit autour de deux éléments principaux : Une unité de commande Une unité de traitement Associés à des registres chargées de stocker les différentes informations à traiter. Ces trois éléments sont reliés entre eux par des bus interne permettant les échanges d’informations. Performances d’un microprocesseur On peut caractériser la puissance d’un microprocesseur par le nombre d’instructions qu’il est capable de traiter par seconde. Pour cela, on définit : le CPI (Cycle Par Instruction) qui représente le nombre moyen de cycles d’horloge nécessaire pour l’exécution d’une instruction pour un microprocesseur donné le MIPS (Millions d'Instructions Par Seconde) qui représente la puissance de traitement du microprocesseur. en MHz Notion de cache mémoire 23/11/2020 Architecture et fonctionnement des ordinateurs https://cours.ewa.ma/mod/book/tool/print/index.php?id=490 9/17 Depuis le début des années 80, une des solutions utilisées pour masquer cette latence est de disposer une mémoire très rapide entre le microprocesseur et la mémoire. Elle est appelée cache mémoire. On compense ainsi la faible vitesse relative de la mémoire en permettant au microprocesseur d’acquérir les données à sa vitesse propre. On la réalise à partir de cellule SRAM de taille réduite (à cause du coût). Sa capacité mémoire est donc très inférieure à celle de la mémoire principale et sa fonction est de stocker les informations les plus récentes ou les plus souvent utilisées par le microprocesseur. Au départ cette mémoire était intégrée en dehors du microprocesseur mais elle fait maintenant partie intégrante du microprocesseur et se décline même sur plusieurs niveaux. Le principe de cache est très simple : le microprocesseur n’a pas conscience de sa présence et lui envoie toutes ses requêtes comme s’il agissait de uploads/Ingenierie_Lourd/ architecture-et-fonctionnement-des-ordinateurs1.pdf