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08/11/2024 24 La Hiérarchie de cette transformation Probleme Electron Electron: La représentation de l’information dans un 25 système informatique Le fonctionnement des ordinateurs rep...

08/11/2024 24 La Hiérarchie de cette transformation Probleme Electron Electron: La représentation de l’information dans un 25 système informatique Le fonctionnement des ordinateurs repose sur des phénomènes physiques binaires c'est-à-dire ne pouvant prendre que 2 états ! comme une lampe. Lampe allumée Lampe éteinte 1 0 Les deux états sont représentés par les chiffres « 0 » et « 1 » dit chiffres binaires. Par convention on dit que toutes les informations sont traduites en chiffres binaires (0 et 1) 1  08/11/2024 La Hierarchie de cette transformation 26 Probleme Electron La Hierarchie de cette transformation 27 Probleme Algorithme Electron 2  08/11/2024 La Hierarchie de cette transformation 28 Probleme Algorithme Programme Electron La Hierarchie de cette transformation 29 Probleme Algorithme Programme Logiciel systeme Electron 3  08/11/2024 La Hierarchie de cette transformation 30 Probleme Algorithme Programme Logiciel systeme Interface Soft Hardw Electron La Hierarchie de cette transformation 31 Probleme Algorithme Programme Logiciel systeme Interface Soft Hardw Micro-architecture Electron 4  08/11/2024 La Hierarchie de cette transformation 32 Probleme Algorithme Programme Logiciel systeme Interface Soft Hardw Micro-architecture Logique Electron La Hierarchie de cette transformation 33 Probleme Algorithme Programme Logiciel systeme Interface Soft Hardw Micro-architecture Logique dispositifs/équipements Electron 5  08/11/2024 La Hierarchie de cette transformation 34 Probleme Algorithme Programme Logiciel systeme Interface Soft Hardw Architecture des ordinateurs Version simple Micro-architecture Logique dispositifs/équipements Electron La Hierarchie de cette transformation 35 Probleme Algorithme Programme Logiciel systeme Interface Soft Hardw Architecture des ordinateurs Vue étendue Micro-architecture Logique dispositifs/équipements Electron 6  08/11/2024 36 Une architecture ! C’est quoi 37 Question : Qu'est-ce que c'est ? 7  08/11/2024 À part : Critères d'évaluation 38 des conceptions (design) Fonctionnalité (répond-il à la spécification ?) Fiabilité Encombrement Coût Extensibilité Niveau de confort des utilisateurs Niveau de satisfaction des utilisateurs Esthétique … Comment évaluer la qualité de la conception est toujours une question difficile. 39 Architecture des ordinateurs C’est la science/art de concevoir des platforms (materiel, interface, Application software, et model de programmation) Pour atteindre une liste d‘objectifs: Les plus grande performances Duree de batterie la plus longue possible; avec le plus faible cout. Meilleur performance moyenne envers Meilleurs performances / cout Concevoir a superordinateur est different de concevoir un smartphone -> Mais plusieurs principes fondamentales sont similaires. 8  08/11/2024 40 Types d’ordinateurs Micro-ordinateurs Mini-ordinateurs Mainframes Super-ordinateurs 41 Micro-ordinateurs 9  08/11/2024 42 Mini-ordinateurs 43 Mainframe 10  08/11/2024 44 Super-ordinateurs 45 Architecture des ordinateurs C’est la science/art de concevoir des platforms (materiel, interface, Application software, et model de programmation) Pour atteindre une liste d‘objectifs: Les plus grande performances Duree de batterie la plus longue possible; avec le plus faible cout. Meilleur performance moyenne envers Meilleurs performances / cout Concevoir un superordinateur est different de concevoir un smartphone -> Mais plusieurs principes fondamentales sont similaires. 11  08/11/2024 46 Les éléments clef d’une architecture Conception d’une architecture sécurisé, fiable, et sûr. (voiture autonomes) architectures fondamentalement économes en énergie. (changement climátique)(milieu rural) Architecture prévisible à faible latence (à faible cout) (covid 19 et génétique) Architecture pour quel domaine: Médecine, biologie, agriculture, IA, militaire.. 12  08/11/2024 La Hierarchie de cette transformation 84 Probleme Algorithme Programme Logiciel systeme Interface Soft Hardw Micro-architecture Logique dispositifs/équipements Electron La Hierarchie de cette transformation 85 Probleme Algorithme Programme Logiciel systeme Interface Soft Hardw Architecture des ordinateurs Version simple Micro-architecture Logique dispositifs/équipements Electron 1  08/11/2024 La Hierarchie de cette transformation 86 Probleme Algorithme Programme Logiciel systeme Interface Soft Hardw Architecture des ordinateurs Vue étendue Micro-architecture Logique dispositifs/équipements Electron Section 3: Architecture des ordinateurs les éléments essentiels 87 2  08/11/2024 Unité centrale de traitement (UCT) Horloge interne Bus Système Mémoire centrale et mémoire cache Mémoires auxiliaires Les Périphériques La carte mère 88 Les éléments de la carte mère 3  08/11/2024 47 / 92 Quelques constituants d’une carte mère typique sont comme suit : Connecteurs d’alimentation : Par ces connecteurs une ali- mentation électrique fournit à la carte mère les diverses tensions électriques nécessaires à son fonctionnement. Le support du processeur : il s’agit d’un réceptacle qui re- çoit le processeur et le relie au reste de l’ordinateur. Il détermine pour quel type de processeurs la carte mère est conçue. Le so- cket est en fait le type de "connecteur" dans laquelle s’insère le processeur. Chaque carte mère à un type de connecteur et un seul, il faut donc que le socket de la carte mère corresponde exactement au socket du processeur. Les connecteurs de la mémoire vive (RAM) : Memory Slot en anglais, au nombre de 4 sur les cartes mères communes. Le chipset : est un circuit électronique chargé de coordonner les échanges de données entre les divers composants de l’ordi- nateur (processeur, mémoire...). Il est souvent décomposé en 2 puces (le Northbridge et le Soutridge). Les chipsets des cartes- mères actuelles intègrent généralement une puce graphique et presque toujours une puce audio, ce qui signifie qu’il n’est pas nécessaire d’installer une carte graphique ou une carte son. 4  08/11/2024 Une horloge : elle cadence la vitesse d’exécution des ins- tructions du processeur et des périphériques internes. La CMOS : Une petite mémoire conservant certaines infor- mations importantes (comme la configuration de l’ordinateur, la date et l’heure) même lorsque l’ordinateur n’est pas alimenté en électricité. La pile ou batterie d’accumulateurs : Elle fournit l’électricité nécessaire au fonctionnement de la CMOS. Les éléments de la carte mère La carte mère et ses composantes La carte mère est l’entité principale de l’UC. Parmi ses principaux éléments : le microprocesseur la mémoire principale ou central les bus Les caractéristiques principales d’une carte mère sont :  Type de microprocesseurs et la fréquence de travail ;  Taille de la mémoire RAM ;  Taille de la mémoire cache ;  Vitesse des bus ;  Type de bios utilisé. 5  08/11/2024 94 Architectures des ordinateurs 95 Les BUS Le bus système : Il relie le processeur au chipset. Il permet au processeur de communiquer avec la mémoire centrale du système (RAM). Le bus d’extension : Il relie le processeur aux connecteurs d’entrée/sortie et aux connecteurs d’extension. Le bus d’exten- sion (parfois appelé bus d’entrée/sortie) permet aux divers com- posants de la carte-mère (USB, série, parallèle, cartes bran- chées sur les connecteurs PCI, disques durs, lecteurs et gra- veurs de CD-ROM, etc.) de communiquer entre eux mais il per- met surtout l’ajout de nouveaux périphériques grâce aux connec- teurs d’extension (appelés slots) connectés sur le bus d’entrées- sorties. Le bus mémoire : relie le chipset à la mémoire vive (RAM). 6  08/11/2024 96 Architectures des ordinateurs Architecture basée sur les propositions suivantes: L’ordinateur est structuré en unités séparées; processeur, mémoires, unités d’entrée/Sortie, reliées par des bus. La mémoire est divisée en cellules munies d’adresses. Les données et les programmes sont stockés en mémoire. On utilise le système binaire pour représenter les informations. Bus de données Périphériques CPU Mémoire Unités Centrale d ’E/S Bus d ’adresses Bus de contrôle Architecture ²² 97 7  08/11/2024 Bus système Bus système: Ou bus interne ou front-side bus, noté FSB Ensemble de Bus : Canaux (pistes de la carte-mère) reliant le processeur à la mémoire vive du système Type de bus: C’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 C’est 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 98 99 Architecture de base d’un ordinateur Unité de transfert? Notons que les opérations de lecture et d’écriture portent en général sur plusieurs octets contigus en mémoire : un mot mémoire. La taille d’un mot mémoire dépend du type de processeur ; elle est de – 1 octet (8 bits) dans les processeurs 8 bits (par exemple Motorola 6502) ; – 2 octets dans les processeurs 16 bits (par exemple Intel 8086) ; – 4 octets dans les processeurs 32 bits (par ex. Intel 80486 ou Motorola 68030). 8  08/11/2024 100 Architectures des ordinateurs 101 Architectures des ordinateurs Il existe deux types d'architectures informatiques numériques qui décrivent la fonctionnalité et la mise en œuvre des systèmes informatiques. L’un est l’architecture Von Neumann qui a été conçue par le physicien et mathématicien renommé John Von Neumann à la fin des années 1940, l’autre est l’architecture de Harvard qui est basée sur le premier ordinateur basé sur un relais de Harvard Mark I qui utilisait des systèmes de mémoire séparés. Stocker des données et des instructions. L'architecture originale de Harvard utilisait le stockage d'instructions sur des bandes perforées et des données dans des compteurs électromécaniques. L'architecture Von Neumann constitue la base de l'informatique moderne et est plus facile à mettre en œuvre. 9  08/11/2024 102 Architectures de Von Neumann Si nous allons remonter dans l'histoire, il est bien évident que l'architecture Von Neumann a été publiée pour la première fois dans le rapport de John von Neumann le 30 juin 1945 et depuis, le même principe est mis en œuvre pour la conception des ordinateurs ordinaires. Dans cette architecture, il existe un seul chemin à la fois pour les instructions et les données. Par conséquent, la CPU effectue une seule opération à la fois. Il effectue soit une opération de lecture/écriture sur les données, soit récupère un ensemble d'instructions de la mémoire. Par conséquent, une extraction d'instruction et une opération de transfert de données ne peuvent pas se produire simultanément en utilisant un bus commun. 103 Il s’agit d’une architecture informatique avec des voies de stockage et de signalisation physiquement séparées pour les données de programme et les instructions. Contrairement à l’architecture Von Neumann qui utilise un seul bus pour extraire des instructions de la mémoire et transférer des données d’une partie de l’ordinateur à l’autre, l’architecture de Harvard dispose d’un espace mémoire séparé pour les données et les instructions.. 10  08/11/2024 104 Les deux concepts sont similaires sauf la façon dont ils accèdent aux mémoires. L’idée de l’architecture de Harvard est de scinder la mémoire en deux parties: l’une pour les données et l’autre pour les programmes. Les termes étaient basés sur le premier ordinateur à relais de Harvard Mark I, qui utilisait un système permettant à la fois les transferts de données et les transferts d’instructions. Les conceptions informatiques du monde réel reposent en réalité sur une architecture de Harvard modifiée et sont couramment utilisées dans les microcontrôleurs et le DSP (Digital Signal Processing).. 105 Différences entre les deux architectures Bases de l'architecture de Von Neumann et Harvard Système de mémoire de l'architecture de Von Neumann et Harvard Traitement des instructions de Von Neumann et Harvard Architecture Coût de Von Neumann et Harvard Architecture 11  08/11/2024 106 Différences entre les deux architectures Bases de l'architecture de Von Neumann et Harvard Système de mémoire de l'architecture de Von Neumann et Harvard Traitement des instructions de Von Neumann et Harvard Architecture Coût de Von Neumann et Harvard Architecture Etant donné que les instructions et les données utilisent le même système de bus dans l'architecture Von Neumann, la conception et le développement de l'unité de contrôle sont simplifiés, ce qui permet de réduire les coûts de production à un minimum. Le développement de l’unité de contrôle dans l’architecture de Harvard est plus coûteux que l’ancien en raison de l’architecture complexe qui utilise deux bus pour les instructions et les données.. 107 Différences entre les deux architectures Bases de l'architecture de Von Neumann et Harvard Système de mémoire de l'architecture de Von Neumann et Harvard Traitement des instructions de Von Neumann et Harvard Architecture Coût de Von Neumann et Harvard Architecture Utilisation de Von Neumann et de Harvard Architecture L'architecture Von Neumann est principalement utilisée sur toutes les machines que vous voyez, des ordinateurs de bureau et des ordinateurs portables aux ordinateurs et stations de travail hautes performances. L’architecture de Harvard est un concept relativement nouveau utilisé principalement dans les microcontrôleurs et le traitement du signal numérique (DSP).. 12  08/11/2024 108 109 13  08/11/2024 Les éléments de la carte mère La carte mère et ses composantes La carte mère est l’entité principale de l’UC. Parmi ses principaux éléments : la mémoire principale et segendaires le microprocesseur les entrées-sorties 111 Memoire La mémoire : La mémoire est le lieu de stockage de l'information, c'est un dispositif composé d'un ensemble de cellules de un bit. On distingue ainsi deux grandes catégories de mémoires: 14  08/11/2024 112 Notion de la mémoire a- la mémoire centrale (appelée également mémoire interne): permettant de mémoriser temporairement les données lors de l'exécution des programmes. La mémoire centrale correspond à ce que l'on appelle la mémoire vive. b-la mémoire de masse (appelée également mémoire physique ou mémoire externe) : permettant de stocker des informations à long terme, y compris lors de l'arrêt de l'ordinateur. La mémoire de masse correspond aux dispositifs de stockage magnétiques, tels que le disque dur, aux dispositifs de stockage optique, correspondant par exemple aux CD-ROM ou aux DVD-ROM, ainsi qu'aux mémoires mortes. Notion de la mémoire La mémoire centrale, appelée aussi mémoire interne ou mémoire principale est une mémoire vive; elle est aussi volatile  Elle est utilisée par l’UCT pour stocker temporairement (pendant le traitement) les données, les instructions des programmes qui servent à les traiter et les résultats produits Une mémoire vive = les informations stockées changent continuellement. Elle 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. 113 15  08/11/2024 114 Notion de la mémoire principale (MP) La mémoire est divisée en emplacements de taille fixe (par exemple 8 bits) utilisés pour stocker instructions et données. En principe, la taille d’un emplacement mémoire pourrait être quelconque ; en fait, la plupart des ordinateurs en service aujourd’hui utilisent des emplacements mémoire d’un octet (byte en anglais, soit 8 bits, unité pratique pour coder un caractère par exemple). Chaque emplacement mémoire conserve les informations que le processeur y écrit jusqu’à coupure de l’alimentation électrique, où tout le contenu est perdu (contrairement au contenu des mémoires externes comme les disquettes et disques durs). 115 Notion de la mémoire principale (MP) Les seules opérations possibles sur la mémoire sont : – écriture d’un emplacement : le processeur donne une valeur et une adresse, et la mémoire range la valeur à l’emplacement indiqué par l’adresse ; – lecture d’un emplacement : le processeur demande à la mémoire la valeur contenue à l’emplacement dont il indique l’adresse. Le contenu de l’emplacement lu reste inchangé. 16  08/11/2024 116 Structure d’un ordinateur Architecture schématique d’un ordinateur. 117 Mémoire Vive La mémoire vive, appelée en anglais RAM (Random Access Memory) est un type de mémoire à accès aléatoire (par opposition à accès séquentiel) et en lecture-écriture (par opposition à lecture seule). On l’appelle aussi mémoire volatile pour signifier que toutes les données sont perdues à l’extinction de l’alimentation électrique. La mémoire vive permet de stocker (écrire) et retrouver (lire) des données utiles à l’exécution des logiciels : variables, appli- cations, librairies de fonctions, etc. 17  08/11/2024 118 Une mémoire est un circuit à semi-conducteur permettant d’enregistrer, de conserver et de restituer des informations (instructions et variables) Une mémoire = ensemble de cellules (cases mémoire) pouvant contenir des données ou résultats, chaque case est identifiée par une adresse 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. Principe de fonctionnement — Chaque cellule binaire est réalisée à partir d’un transistor, généralement relié à un petit condensateur. — L’état chargé du condensateur = bit 1 — L’état déchargé = bit 0 — Nécessité de rafraîchir les condensateurs (décharge) 119 18  08/11/2024 120 Structure de la mémoire principale Emplacement ou case mémoire Adresse 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 2 3 4 N-2 N-1 7 6 5 4 3 2 1 0 Numéros des bits Bit de poids fort Bit de poids faible Schéma fonctionnel d’une mémoire 121 19  08/11/2024 Éléments d’une barrette mémoire Elle est constituée de: La mémoire proprement dite (en réalité plusieurs tableaux de bits mémoire)  Un Buffer, entre la mémoire et le bus de données  Le bus de données (qui est relié à certains pins (contacts) de la barrette et est en relation avec la carte -mère) 122 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. 123 20  08/11/2024 Caractéristiques d’une mémoire 124 La capacité : c’est le nombre total de bits que contient la mémoire. Elle s’exprime souvent en octet. 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. 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. Le temps de cycle : il représente l'intervalle minimum qui doit séparer deux demandes successives de lecture ou d'écriture. Le débit (ou cadence de transfert): c’est le nombre maximum d'informations lues ou écrites par seconde. 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. 125 Caractéristiques de la Mémoire 21  08/11/2024 126 Caractéristiques de la Mémoire Le temps de cycle : il représente l'intervalle minimum qui doit séparer deux demandes successives de lecture ou d'écriture. 127 Caractéristiques de la Mémoire Le temps de cycle : il représente l'intervalle minimum qui doit séparer deux demandes successives de lecture ou d'écriture. 22  08/11/2024 128 Caractéristiques de la Mémoire 129 Caractéristiques de la Mémoire 23  08/11/2024 130 Caractéristiques de la Mémoire Temps d’accès : Temps s’écoule entre une demande d’information et le moment ou elle est effectuent disponible 131 Caractéristiques de la Mémoire Temps d’accès : Temps s’écoule entre une demande d’information et le moment ou elle est effectuent disponible 24  08/11/2024 Types de mémoires: Mémoire vive: RAM (Random Acces Memory) Mémoire morte: ROM (Read Only Memory) Mémoires auxiliaires 132 Stockage temporaire Mémoire à accès directe Puces soudées sur des circuits électroniques Barrettes mémoire SIMM ou DIMM Capacités: les premières barrettes : 4 Mo, Actuellement : jusqu’à une dizaine de Go. 133 25  08/11/2024 Types de mémoire vive : – Statiques : SRAM Très rapide (entre 6 et 15 ns) Chère Donc utilisée pour des mémoires de faible SDRAM capacité – Dynamiques : DRAM Plus lentes Temps d’accès : 10 à 60 ns DDR-SDRAM EDO, SDRAM, RDRAM DDR I, DDR II, DDRIII,… 134 135 Parmis les types de mémoire vive dynamique on a : SDRAM (Synchronous Dynamic RAM). DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM). La plus vieille de toute est la DDR, qui ne sert désormais qu’à mettre à jour un vieux PC. DDR2-SDRAM (Double Data Rate 2ème génération SDRAM). La DDR2 a eu son heure de gloire pendant plusieurs années, mais elle est actuellement en perte de vitesse, car elle correspond à des sockets en fin de vie. DDR3-SDRAM (Double Data Rate 3ème génération SDRAM). Quant à la DDR3, elle est actuellement en voie de disparition, remplacée par la génération suivante. elle s’est généralisée avec les plateformes AMD AM3 et Intel 1366 et 1156. DDR4-SDRAM est apparue avec le socket 1151 chez Intel (CPU SkyLake et KabyLake) et les CPU Ryzen chez AMD, elle équipe toutes les cartes mères actuelles à partir de l’année 2017. DDR5 SDRAM, Elles sont prévues pour diminuer la consommation électrique par rapport aux DDR4 SDRAM, tout en doublant la bande passante. (2020) 26  08/11/2024 Exemples : Dénomination des mémoires SDRAM PC2-9600 DDR2-1200 600 MHz 9,6 Go/s PC3-14400 DDR3-1800 900 MHz 14,4 Go/s PC3-17000 DDR3-2133 1066 MHz 17 Go/s http://www.commentcamarche.net/contents/pc/ram.php3 136 Connexion entre le processeur et la mémoire exemple : lecture d’un mot de la mémoire Memory Read lignes adresses Mémoire Processeur lignes données Transfert ACK Memory Read : le processeur signale qu’il a placé l’adresse sur la ligne Transfert ACK : la mémoire répond que les données sont disponibles 137 27  08/11/2024 Ex: Pentium à 2 GHz = 0.5 ns entre deux opérations Problème : temps d’accès de la RAM de l’ordre de 50 ns Le CPU va trop vite pour la RAM Connexion directe CPU/RAM impossible 138 Solution : utiliser de la mémoire très rapide en petite quantité pour stocker les cases de la RAM récemment accédées ou susceptibles de l’être bientôt Mémoire cache de niveau 1 (cache L1) sur le CPU Mémoire cache de niveau 2 (cache L2) entre le CPU et la RAM 139 28  08/11/2024 Caractéristiques de la mémoire cache — Mémoire vive — plus rapide que la RAM — Stocke les données intermédiaires ou fréquemment utilisées par le CPU. — accélère l’accès aux données et aux programmes — Peut être présentée sous forme de barrettes SRAM 140 Ou Read Only Memory Elle permet de conserver les informations qui y sont contenues même lorsque la mémoire n'est plus alimentée électriquement. En principe , ce type de mémoire ne pouvait être accédée qu'en lecture. Elle conserve les données nécessaires au démarrage de l'ordinateur qui ne peuvent pas être stockées sur le disque dur Elle est beaucoup plus lente qu’une mémoire de type RAM (une ROM a un temps d'accès de l'ordre de 150 ns) 141 29  08/11/2024 Caractéristiques – le contenu y est « gravé » de façon permanente Habituellement, on y trouve des programmes tels que: – le BIOS (Basic Input Output System), – le chargeur d'amorce, – le Setup CMOS (écran disponible à l'allumage de l'ordinateur permettant de modifier les paramètres du système). – le Power-On Self Test (POST) (programme exécuté automatiquement à l'amorçage du système permettant de faire un test du système ) 142 Différents types : PROM (Programmable Read Only Memory) écrites par l’utilisateur et non pas à la fabrication de la mémoire EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) sont des PROM pouvant être effacées Les EEPROM (Electrically Erasable read Only Memory ou mémoire flash) sont aussi des PROM effaçables, mais, peuvent être effacées même lorsqu'elles sont en position dans l'ordinateur 143 30  08/11/2024 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, clé USB,… ou optiques: CDROM, DVDROM. Également appelées mémoires secondaires ou mémoires auxiliaires Une mémoire de masse sert à stocker de façon permanente les données, les programmes et les résultats produits. C’est donc dans cette mémoire que l’ordinateur va rechercher ses données et programmes chaque fois que cela est nécessaire. 144 Caractéristiques: plus grande capacité de stockage, un accès plus lent que la mémoire centrale. Elle peut être fournie dans un boîtier séparé du boîtier système. –Il y a plusieurs types de supports physiques de mémoires de masse : le disque dur la disquette les CD-ROM, les DVD, les clés USB Les bandes magnétiques,… 145 31  08/11/2024 Les disques rigides ou Disques durs ou DD plateaux en aluminium couvert de vinyle + oxyde de chrome interne ou amovible Transporte de grandes quantités d’informations copie de sécurité Chaque plateau est recouvert d'une surface magnétique sur ses deux faces et tourne à une vitesse comprise entre 4000 et 15000 tr/min (moteur) 146 Les disques rigides ou Disques durs ou DD – Les informations sont placées sur des pistes concentriques – Chaque information est repérée par son emplacement : adresse – Des têtes de lecture-écriture aimantées permettent d’écrire (enregistrer une information) et de lire sur le disque (l’information est recopiée en mémoire centrale) – Accès direct à une information dont on connaît l’adresse 147 32  08/11/2024 Les disques rigides ou Disques durs ou DD La Mécanique: 148 Le Disque dur Ensemble de plateaux empilés les uns sur les autres. La surface des plateaux est divisée en pistes concentriques. Cylindre = Ensemble des pistes de même numéro sur les différents plateaux. Secteur Têtes de lecture / Cylindre écriture (ensemble de pistes) Piste (ensemble de secteurs) 149 Axe 33  08/11/2024 Disques durs Caractéristiques: capacité en Go vitesse de rotation en tours minutes temps d'accès exprimé en millisecondes interface (IDE, SCSI, SATA) taux de transfert moyen exprimé en Mo par seconde Amélioration de performances  mise en antémémoire (caches L3 et L4)  compression/décompression des données 150 Les mémoires de masse: Les clés USB Les clés USB ou mémoires flash sont de petits périphériques (quelques centimètres) ayant pour usage le stockage de données. Sous la coque de plastique se trouve une " mémoire flash ", fonctionnant comme un disque dur amovible La clé est directement alimentée en électricité par le port USB (Universal Serial Bus Enfin, ces périphériques sont " Plug & Play ", ce qui signifie qu'il sont automatiquement détectés et reconnus par l'ordinateur hôte Plusieurs capacités sont disponibles, allant de 16 Mo à 32 Go 151 34  08/11/2024 Disques optiques (CD-ROM, Compact Disk – Read Only Memory) Caractéristiques : Disque de 12 cm de diamètre d'épaisseur comprise entre 1.1 à 1.5 mm au format d’un CD audio Informations gravées en binaire Gravage industriel ou par un graveur de CD-ROM Évolution vers le CD-ROM réinscriptible Capacité de 540 à 748 Mo Le CD n'a qu'une seule piste organisée en spirale. Utilisation : stockage d’informations volumineuses et stables (images, son, …) 152 Disques optiques Principe rayon laser modifie la surface du disque rayon laser faible + détecteur pour la lecture Caractéristiques d’un lecteur CD-ROM Vitesse: 1X = 150ko/seconde 2X à 52X Temps d'accès Interface : ATAPI (IDE) ou SCSI ; CD-R (Record), CD-RW (Rewrite) (CD-RAM) modifiable 153 35  08/11/2024 Disques optiques: Les DVD Digital Versatile Disk 4,7 Go jusqu’à 17 Go 154 Les registres : situés au niveau du processeur La mémoire cache : au niveau du processeur ou entre le processeur et la RAM La mémoire principale: RAM La mémoire d’appui: mémoire intermédiaire entre la mémoire centrale et les mémoires de masse ( mémoires caches L3, L4, … ) Les mémoires de masse: disque dur, disquette, ZIP,CDROM, DVDROM,… 155 36  08/11/2024 Les éléments de la carte mère La carte mère et ses composantes La carte mère est l’entité principale de l’UC. Parmi ses principaux éléments : la mémoire principale ou central le microprocesseur les entrées-sorties Assurent les opérations d’échanges entre le système informatique et le monde extérieur. Elles sont composées :  De périphériques d’entrée/sortie  D’interfaces d’entrée/sortie. 157 37  08/11/2024 Les types d’interfaces que l’on trouve dans un PC sont: Les ports Les bus de communication Les cartes d’extension 158 Les interfaces d ’entrée / sortie Elles permettent d’assurer la communication entre le microprocesseur et les périphériques. (capteur, clavier, afficheur,imprimante, modem, etc.) Il existe 2 types : 8 bits disponibles simultanément Parallèles Séries Bus données 8 bits Une seule information à la fois 11 38  08/11/2024 Interfaces série et parallèle 12 Ports de communication interface électronique qui achemine les informations à une ou plusieurs prises de connexion situées à l’extérieur du bloc système permet de brancher souris, disques rigides, clavier, moniteur, etc. 161 39  08/11/2024 Port série : transmet les bits un à la fois –Représente les premières interfaces ayant permis aux ordinateurs d'échanger des informations avec le "monde extérieur" –À l’origine unidirectionnel : l’envoi de données mais pas la réception –Aujourd’hui bidirectionnel : besoin de deux fils pour effectuer la communication –Communication asynchrone : chaque caractère est émis de façon irrégulière dans le temps – Généralement intégré à la carte-mère – Permet une transmission à plus longue distance (clavier, souris) 162 Port parallèle : transmet 8 bits d ’information à la fois –Transmission de données en parallèle consiste à envoyer des données simultanément sur plusieurs canaux (fils) –Généralement intégré à la carte-mère –Mode de transmission utilisé au sein de l’UC entre le processeur, la mémoire, … –Permet une transmission à courte distance –disques, imprimantes 163 40  08/11/2024 Autres ports d’entrées/sorties Port USB Universal Serial Bus, port série universel – Interface d’E/S beaucoup plus rapide que les ports série standards – propose deux modes de communication (12 Mb/s en mode haute vitesse et 1.5 Mb/s à basse vitesse) pour la connexion d’une grande variété de périphériques – fournit l’alimentation électrique aux périphériques qu’il relie Port Firewire : – Permet de faire circuler des données à haute vitesse en temps réel – Possibilité d’utiliser des ponts, systèmes permettant de relier plusieurs bus entre-eux 164 Autres ports d’entrées/sorties Interface SCSI Standard Small Computer System Interface – Permet la connexion de plusieurs périphériques de types différents sur un ordinateur par l’intermédiaire d’une carte, appelée adaptateur SCSI – Le nombre de périphériques pouvant être branchés dépend de la largeur du bus SCSI Ex : avec un bus 8 bits, il est possible de connecter 8 unités physiques 165 41  08/11/2024 Les Bus de communication ou d'extension (ou bus d'entrée/sortie)  Permettent aux divers composants de la carte-mère (USB, série, parallèle, cartes branchées sur les connecteurs PCI, disques durs, lecteurs et graveurs de CD-ROM, etc.) de communiquer entre eux Permettent surtout l'ajout de nouveaux périphériques grâce aux connecteurs d'extension (appelés slots) connectés sur les bus d'entrées-sorties 166 Les bus de communication(suite) Les différents bus de communication: ISA (Industry Standard Architecture) – 8 MHz, 16 bits MCA (Micro Channel Architecture) – 10 MHz, 32 bits EISA (Extended ISA) – 8,33 MHz, 32 bits PCI (Peripheral Component Interconnect) – 133 MHz, 32 bits Bus AGP (Accelered Graphic Port) – 32 bits , Débit = 1Go/s – Les bus locaux PCI et AGP sont souvent ajoutés pour améliorer les capacités graphiques des ordinateurs Bus SCSI (Small Computer System Interface) 167 42  08/11/2024 Les bus de communication(suite) Les bus PCI, IDE, AGP vont être amenés à disparaître très rapidement et seront remplacés par des bus série : Le Serial ATA, remplacera le bus IDE (débits: 150 à 300 Mo/s) Le PCI Express, remplaçant des bus PCI et AGP (8Go/s) Les bus de connexions filaires tendent à être remplacés par des systèmes de communications sans fils. Il existe actuellement : Le Bluetooth (débit de 1 Mb/s) (clavier, souris, etc…). Le WIFI (WIreless FIdelity Network) qui permet de connecter des ordinateurs en réseau (débit allant à 54 Mb/s). 168 Les cartes d’extensions Des cartes qui s’intègrent à la carte mère telles que : carte son permet d'avoir le son sur le PC carte vidéo, (3D) carte modem carte réseau (Ethernet) o constitue l’interface entre l’ordinateur et le câble du réseau o prépare, envoie et contrôle les données sur le réseau 169 43  08/11/2024 Fiches et cartes d’extension carte réseau :carte SCSI cartes PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) 170 La Carte vidéo carte fille déterminant : La résolution et la profondeur de l’écran La couleur de chaque pixel affiché Carte connectée grâce au connecteur AGP Mémoire vidéo sur la carte : stocke la couleur de chaque pixel affiché 171 44  08/11/2024 Les éléments de la carte mère La carte mère et ses composantes La carte mère est l’entité principale de l’UC. Parmi ses principaux éléments : la mémoire principale ou central le microprocesseur les entrées-sorties Elle est également appelée CPU pour “Central Processing Unit” ou processeur C’est l'élément de l'ordinateur qui interprète et exécute les instructions d'un programme et effectue toutes les opérations de calcul. C'est le cerveau de l'ordinateur. L’UCT est en charge de réaliser les traitements des données Actuellement un processeur est un circuit électronique qui peut compter quelques dizaines de millions de transistors gravés sur une puce en silicium appelée Wafers 173 45  08/11/2024 174 CPU Wafers 175 46  08/11/2024 Unité de traitement ou Unité Arithmétique et Logique(UAL) Unité de Commande Registres 176 Les Registres Ce sont des petites mémoires internes très rapides d’accès utilisées pour stocker temporairement une donnée, une instruction ou une adresse. Chaque registre stocke 8, 16 ou 32 bits. Il existe deux types de registres : les registres d'usage général permettent à l'unité de traitement de manipuler des données à vitesse élevée. Ils sont connectés au bus données interne au microprocesseur. Les registres d'adresses (pointeurs) connectés sur le bus adresses. 177 47  08/11/2024 Les Registres Ce sont des petites mémoires internes très rapides d’accès utilisées pour stocker temporairement une donnée, une instruction ou une adresse. Chaque registre stocke 8, 16 ou 32 bits. Les principaux registres –Compteur ordinal: CO , –le registre d’instructions: RI –les registres arithmétiques: accumulateur ACC, … –Registre d’état 178 Unité de de commande (UCC) 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 PC= Compteur de Programme= CO 179 48  08/11/2024 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 effectuée par l’UAL 180 Schéma fonctionnel 181 49  08/11/2024 1. lecture : charger les opérations de base (micro-instructions ) depuis une partie de la mémoire centrale 2. décodage : dicter les opérations de base (interprétation). 3. Exécution : effectuer les opérations, Unité arithmétique et logique reçoit comme opérandes les données et réalise l’opération. 4. accès mémoire & écriture du résultat 182 Étapes d’exécution d'une instruction par l'UCT 1. Chargement de l’instruction à exécuter depuis la mémoire jusque dans le registre instruction (RI). 2. Modification du compteur ordinal (CO) pour qu'il pointe sur l'instruction suivante. 3. Décodage de l'instruction que l'on vient de charger. 4. Localisation dans la mémoire des éventuelles données utilisées par l'instruction. 5. Chargement des données, si nécessaire, dans les registres internes de l'unité centrale. 6. Exécution de l'instruction. 7. Stockage des résultats à leurs destinations respectives. 8. Retour à l'étape 1 pour exécuter l'instruction suivante. 183 50  08/11/2024 – Elle assure le contrôle de la vitesse des opérations effectuées par l’ordinateur – Cette vitesse est exprimée en mégahertz (MHz) soit le nombre de millions de cycles par secondes – Le premier PC d’IBM avait une fréquence d’horloge de 4MHz; actuellement, on trouve des PC équipés de microprocesseurs dépassant les 2 GHz 184 On caractérise le processeur par : sa fréquence d’horloge : en MHz ou GHz le nombre d’instructions par secondes qu’il est capable d’exécuter : en MIPS (million d’instructions par seconde) La taille des données qu’il est capable de traiter : en bits Par son architecture Socket 775 Par son support (socket ou slot) Par son constructeur : Intel (Pentium), Athlon AMD, … 185 51  08/11/2024 186 187 52  08/11/2024 188 Intel Processeur D ate de Perform C PU N b de Taille des Taille du Taille C ache dans le m ise en en M IPS fréquence Transistors registres bus de m ém oire C PU service données adressable 8086 1978 0.8 4,77M hz 29 K 16 16 1 Mo None 8M hz 20 80 286 1982 2.7 6 M hz 134 K 16 16 16 M o - 25 M hz 20 386 D X 1985 6 16 M hz 275 K 32 32 4 Go - 50 M hz 32 486 D X 1989 20 25 M hz 1,2 M 32 32 4 Go 8 K o L1 120 M hz 32 Pentium I & 1993 100 60 M hz 3,1 M 32 64 4 Go 16 K o L1 MMX 233 M hz 32 Pentium Pro 1995 440 150 M hz 5,5 M 32 64 64 Go 16 K o L1 200 M hz 36 256/512 Ko L2 Pentium II 1997 466 233 M hz 7M 32 64 64 Go 32 K o L1 C eleron 450 M hz 36 256 K o ou 512Ko L2 Pentium III 1999 1000 400 M hz 8,2 M 32 G P 64 64 Go 32 K o L1 A M D A thlon 1,2 G hz 128 SIM D 36 512 K o L2 Pentium IV 2001 3000 1,4 G hz 12 M 32 G P 64 64 Go 8K o L1 A M D A thlon X P 128 SIM D 512 512 K o L2 Pentium IV 3,06 Ghz HyperThreading Intel® Core™ i7-1255UL Processor travaille avec 4,70Ghz en 2023 Il existe deux principales familles de processeurs. -RISC (Reduced Instruction Set Computer) -CISC (Complex Instruction Set Computer) CISC ou RISC ?  Dépend des applications visées.  Diminution du nombre d'instructions   création d’instructions complexes (CISC) nécessitant plus de cycles pour être décodées  Diminution du nombre de cycles par instruction  création d’instructions simples (RISC) mais augmentation du nombre d'instructions nécessaires pour réaliser le même traitement. 189 53  08/11/2024 Exemple : Microprocesseur dernière génération Pentuim 4 intel_Core2Duo Athlon xp_300 Le core (ou die) d'un processeur est toute sa partie centrale Le Dual core consiste à mettre "deux processeurs en un" Avec le dual core on peut doubler les performances sans changer la fréquence (ex: Intel Pentium M et le core 2 Duo). Autre est apparue chez Intel la technologie Quad Core avec ses processeurs Core 2 Quad. AMD a récemment proposé le processeur Phenom dotée de quatre coeurs également 190 Exemple : Microprocesseur dernière génération Avec les nouvelles architectures: il y a baisse de fréquence mais amélioration; ex: un processeur Intel Core 2 duo cadencé à 2.13 GHz est plus performant qu'un Intel Pentium EE cadencé à 3.73 GHz Les processeurs Intel à partir du Core 2 duo 6300 (I5, I7) ainsi que AMD Athlons 64 X2 4600+ et supérieurs sont capables de « faire tourner » les applications les plus exigeantes. Les entrées de gamme de ces deux processeurs sont parfaitement adaptées pour une utilisation bureautique, multimédia, … 191 54  08/11/2024 Exemple : Microprocesseur dernière génération 192 193 55  08/11/2024 194 Comprenons les fondamentaux … Vous ne pouvez changer le monde que si vous le comprenez suffisamment bien… Surtout les bases (fondamentaux) Paradigmes dominants passés et présents Et, leurs avantages et leurs inconvénients - les compromis Et, ce qui reste fondamental à travers les générations Et, quelles techniques vous pouvez utiliser et développer pour résoudre les problèmes 56