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INF 122 : Introduction à l’architecture des ordinateurs et aux systèmes d’explo

INF 122 : Introduction à l’architecture des ordinateurs et aux systèmes d’exploitation (40 H) JP NZALI, février 2013 1 Objectifs • Comprendre et expliquer la représentation de toute information à l’intérieur de l’ordinateur (nombre, texte, image, son, instruction, …) • Comprendre le fonctionnement de base des ordinateurs et apprécier les caractéristiques de performance : vitesse, volume, précision. • Comprendre le rôle de facilitateur joué par le système d’exploitation pour l’utilisation du hardware; apprécier les caractéristiques de spécialisation et de performance. JP NZALI, février 2018 2 Plan du cours I Introduction à l’architecture des ordinateurs - Rappels et généralités - Représentation de l’information - Unités fonctionnelles d’un ordinateur - Processeur, mémoire, langages, programmes II Introduction aux systèmes d’exploitation - Fonctions du système d’exploitation - Historique - Gestion de la mémoire, du processeur, des unités périphériques, des utilisateurs - Exemples de système d’exploitation (Windows, Unix) JP NZALI, février 2018 3 Représentation de l’information I Introduction Dans l’ordinateur toute information est représentée par une suite de « 0 » (zéro) et de « 1 » un: - lampe éteinte, lampe allumée - circuit ouvert, circuit fermé - absence de courant, présence de courant - condensateur déchargé, condensateur chargé (DRAM) - cuvette, relief (CD, DVD) - orientation des microparticules (support magnétique) - transistor bloqué, transistor passant (semi-conducteur) - diode bloquée, diode passante (ROM) L’ordinateur sait faire uniquement du calcul sur des nombres binaires. On dit parfois qu’il travaille sur des données discrètes (composées d’un nombre fini d’éléments) par opposition aux données continues. Il ne sait rien faire d’autre. JP NZALI, mars 2015 4 Représentation de l’information I Introduction Dans l’ordinateur on peut représenter les informations suivantes : - Texte simple (ex: commandes), texte avec mise en forme (gras, italique, soulignement, police, taille, couleur) - Son, musique (échantillonnage) - Image fixe, couleur, animée (pixel, x images/s) On parle du tout numérique Toutes ces informations sont représentées dans l’ordinateur par une suite de « 0 » et de « 1 ». Ces deux chiffres étant les chiffres utilisés dans la numération en base 2, il est important de bien connaître cette numération pour saisir les notions de base concernant le fonctionnement de l’ordinateur. JP NZALI, février 2011 5 Représentation de l’information I Introduction Dans l’ordinateur on peut représenter les informations suivantes pour faire différents calculs (addition, soustraction, multiplication, division, exposant, moyenne, variance, minimum, maximum, …) : - entier sans signe (court ou long) - entier avec signe (court ou long) - Réel en simple, double précision ou précision étendue Dans l’ordinateur on doit aussi représenter les ordres ou instructions sous forme de 0 et de 1: additionner, soustraire, multiplier, diviser, élever à une puissance, trier, tester, affecter, lire, écrire, …. Dans cette partie du cours nous allons aborder ces différents aspects. JP NZALI, février 2020 6 Représentation de l’information II Numération en base 2 a) Rappel en base 10 (10 chiffres) 543,687 = 5*102+4*101+3*100+6*10-1+8*10-2+7*10-3 500,000 40,000 + 3,000 0,600 0,080 0,007 ______________ 543,687 Le principe est exactement le même pour la base 2. JP NZALI, février 2014 7 Représentation de l’information II Numération en base 2 a) Rappel en base 10 La valeur d’un chiffre dépend de sa position JP NZALI, février 2014 8 Représentation de l’information II Numération en base 2 b) Rappel en base 2 1011010,11011 = 1*26+0*25+1*24+1*23+0*22+1*21+0*20+1*2-1+1*2-2+0*2-3+1*2-4+1*2-5 1011010,11011 = 1*26+1*24+1*23+1*21+1*2-1+1*2-2+1*2-4+1*2-5 En base 2 on a : 20 = 1 = (1)10 2-1 = 0,1 = (0,5)10 = 1/2 21 = 10 =(2)10 2-2 = 0,01 = (0,25)10 = 1/4 22 = 100 =(4)10 2-3 = 0,001 = (0,125)10 = 1/8 23 = 1000 =(8)10 2-4 = 0,0001 = (0,0625)10 = 1/16 24 = 10000 =(16)10 2-5 = 0,00001 = (0,03125)10 = 1/32 Les puissances de deux sont appelés des poids. JP NZALI, février 2018 9 Représentation de l’information II Numération en base 2 c) Rappel en base 2 2-1 = 0,1 = ½ =(0,5)10 2-2 = 0,01 = 1/22 = 1/(2*2) = 1/4= (0,25)10 2-3 = 0,001 = 1/23 = 1/(2*2*2) = 1/8 =(0,125)10 2-n = 0,00…01 = 1/2n = 1/(2*2*….*2) JP NZALI, février 2011 10 Représentation de l’information II Numération en base 2 d) Correspondance base 10, 2, base 8, base 16 JP NZALI, février 2011 11 Représentation de l’information II Numération en base 2 e) Passage de la base 2 à la base 8 On constitue des groupes de 3 bits en partant de la virgule. Chaque groupe est ensuite traduit en base 10 et donne un chiffre de la base 8. JP NZALI, février 2011 12 Représentation de l’information II Numération en base 2 f) Passage de la base 8 à la base 2 On écrit chaque chiffre de la base 8 sur 3 positions binaires. La virgule reste au même endroit. Les « 0 » complètement à gauche ne sont pas significatifs. On peut les omettre. JP NZALI, février 2011 13 Représentation de l’information II Numération en base 2 g) Passage de la base 2 à la base 16 On constitue des groupes de 4 bits en partant de la virgule. Chaque groupe est ensuite traduit en base 10 et donne un chiffre de la base 16. JP NZALI, février 2011 14 Représentation de l’information II Numération en base 2 g) Passage de la base 16 à la base 2 Exercice 1 : convertir en base 2 et en base 8 les nombres suivants écrits en base 16 : AB123; 7C1E,45; 25AF,FA418 Exercice 2: Convertir en base 8 et en base 16 le nombre suivant écrit en base 2 11010011110001011001,1010110111101011 JP NZALI, février 2011 15 Représentation de l’information II Numération en base 2 h) Passage de la base 10 à la base 2 Pour trouver la représentation binaire d'un nombre, on le décompose en somme de puissances de 2. Par exemple avec le nombre dont la représentation décimale est 42 on a : JP NZALI, février 2011 16 Représentation de l’information II Numération en base 2 h) Passage de la base 10 à la base 2 42 = Cette représentation est souvent qualifiée de binaire pur et permet de représenter les entiers positifs. Exercice :Convertir en base 2 les nombres suivants écrits en base 10 : 67; 131; 255; 358; 203,75; 11,125 JP NZALI, février 2015 17 Représentation de l’information II Numération en base 2 h) Passage de la base 2 à la base 10 Remarque : avec n bits on peut représenter un nombre entier m tel que : 0<=m<=2n-1 JP NZALI, février 2018 18 Représentation de l’information III Opérations en base 2 a) Addition et soustraction • 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0 avec 1 de retenue • 0-0=0 0-1=1 avec 1 de retenue 1-0=1 1-1=0 ainsi: 11 + 1 ____ 100 JP NZALI, février 2011 19 Représentation de l’information III Opérations en base 2 b) Complément à 1, complément à 2 Le complément à 1 d’un nombre binaire est obtenu en remplaçant les « 0 » par des « 1 » et inversement. Le complément à 2 d’un nombre binaire est obtenu en ajoutant 1 à son complément à 1. Pour obtenir le complément à 2 d’un nombre on peut aussi parcourir le nombre de la droite vers la gauche, laisser passer les « 0 » de tête ainsi que le tout premier 1, puis complémenter le reste à 1. JP NZALI, février 2013 20 Représentation de l’information III Opérations en base 2 b) Complément à 1, complément à 2 10010110 nombre binaire 01101001 complément à 1 01101010 complément à 2 Les ordinateurs utilisent souvent la convention du complément à 2 pour représenter les entiers positifs et négatifs (éléments de Z). Dans la convention du complément à 2, le bit le plus à gauche est le bit de signe (0=positif; 1=négatif) JP NZALI, février 2013 21 Représentation de l’information III Opérations en base 2 b) Complément à 1, complément à 2 Avec n bits on peut représenter dans la convention du complément à 2 les entiers relatifs m tels que : -2n-1<=m<=2n-1-1 Exemple : n=3 000  0 111  -1 001  1 110  -2 010  2 101  -3 011  3 100  -4 JP NZALI, février 20118 22 Représentation de l’information III Opérations en base 2 b) Complément à 1, complément à 2 Vérifier que le complément à 2 dans ce cas revient à multiplier le nombre par -1. -2n-1 est le seul nombre qui n’a pas sa valeur absolue dans la machine concernée. Exercices : 1) Effectuer les opérations suivantes sur 3 bits en utilisant la convention du complément à 2 : 1-4; 1+2; -2+3; 3-4; 1-3;-2-2 2) Proposer un organigramme qui lit n puis n bits et imprime le complément à 1. 3) Proposer un organigramme qui lit n, puis n bits, les place dans un vecteur, calcule et imprime le complément à 2. 4) Proposer un organigramme qui lit n et imprime le plus grand entier pouvant tenir sur n bits en binaire pur d’une part, dans la convention du complément à 2 d’autre part. JP NZALI, février 2018 23 Représentation de l’information IV Codage Ce type de code uploads/Management/ cours-inf122-enregistrement-automatique.pdf