Chapitres. I- composantes des ordinateurs II- Unité centrale III- Microprocesseurs IV- Mémoires V-Périphériques

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1 Structure et technologie des composantes d ordinateurs Chapitres I- composantes des ordinateurs II- Unité centrale III- Microprocesseurs IV- Mémoires V-Périphériques 1

2 I- composantes des ordinateurs les composantes matérielles le rôle de chaque composante A l extérieur de l unité centrale A l intérieur de l unité centrale Clavier Souris Écran Disque dur RAM Microprocesseur Schéma Unité Centrale Windows Programme Clavier, sourie,.., W P Disque Dur Organes d entrée w 1 2 Données Ecran, imprimante,.. 3 p RAM 4 Processeur Organes de sortie 6 Cartes 5 Carte mère Résultat 2

3 Exercice1 vous vaudrez envoyer un message sur Internet. 1. Donner les étapes qui montre comment le message sera traité à l intérieur de l unité centrale? Exercice2 vous vaudrez imprimer un document. 1. Donner les étapes qui montre comment l unité centrale fonctionnent quand je click sur imprimer? 3

4 II- Unité centrale 1-La carte mère 1-définition: La carte mère est l élément principale de l ordinateur. Tous les composantes lui sont attachés soit par des slots(connecteurs), soit par des napes. 4

5 les connecteurs d alimentation électrique : fournit à la carte mère les diverses tensions électriques nécessaires à son fonctionnement et a celui des périphériques connectés. Le connecteur du microprocesseur: socket Les connecteurs de la mémoire vive (RAM) au nombre de 2, 4 ou 6 sur les cartes mères communes, Le chipset : Un ou plusieurs circuit électronique, qui gère les transferts de données entre les différentes composantes de l ordinateur. La mémoire, interne,(rom) conservant certaines informations importantes (configuration de l ordinateur, la date et l heure) même lorsque l ordinateur n est pas alimenté en électricité. Le bus système aussi appelé bus interne ou Front Side Bus (FSB) en anglais : Il relie le micro-processeur au chipset Les connecteurs d entrée/sortie Les connecteurs d extension 2 chipset Le chipset est un circuit électronique chargé de coordonner les échanges de données entre les divers composants de l'ordinateur (processeur, mémoire...). northbridge, pour les pérphériques "rapides" (mémoire, PCI-express, etc) southbridge pour les périphériques "lents" (PCI, disques durs,...) qui ont pour rôles de faire dialoguer le processeur avec les disques durs et tous les périphériques internes et externes. 5

6 3- les cartes d extension Carte son Carte graphique Carte réseau Carte TV Elles sont reliées à la carte mère par des connecteurs (ISA,PCI,AGP, ). III- Microprocesseur: 1- définition Le microprocesseur est le cerveau de l ordinateur et sert à traiter (exécuter) les programmes qui sont stockées dans la mémoire centrale(ram). 6

7 UCT (processeur): UC=Unité de Contrôle UAL=Unité Arithmétique et Logique Microprocesseur ou (UCT: Unité Centrale de Traitement) UCT=UC+UAL L unité arithmétique et logique ou UAL: est l élément qui réalise les opérations arithmétiques (additions, soustractions...), les opérateurs logiques (ET, OU, etc.) L'unité de contrôle ou UC: facilite la communication entre UAL et la mémoire ainsi que les périphériques. Il gère l'exécution des instructions dans l'ordinateur 7

8 2-Les registres Un registre est une petite mémoire spécialisée (interne au processeur) offrant la possibilité de garder en mémoire dans le processeur lui-même un certain nombre d'informations. Lorsqu on dit qu'un microprocesseur a une architecture 8, 16, 32 bits ou 64 bits, on fait généralement référence à la taille de ses registres Les éléments d un microprocesseur compteur ordinal: Un registre qui tient à jour les adresses mémoire des instructions successives à exécuter ; il est commandé par les impulsions d'horloge. Un registre d'instruction qui mémorise l'instruction en cours d'exécution. Un décodeur d'instruction qui reconnait l'instruction contenue dans le registre instruction (il indique au séquenceur la séquence de micro-commandes à réaliser pour exécuter l'instruction). Un séquenceur qui fournit la suite de micro-commandes (chargement, décalage,...) nécessaires au déroulement de l'instruction. Les micro-commandes sont délivrées suivant le rythme de l'horloge interne. L'accumulateur est un registre qui reçoit le résultat 8

9 Exercice 3 1- Quels sont les 4 phases de l exécution d une instruction par un microprocesseur? 2- Expliquer les 4 phases? 3- Quel est l élément d un microprocesseur qui organise la séquence de 4 phases? recherche et décodage de l'instruction Le contenu du compteur ordinal (adresse de l'instruction à exécuter) est envoyé dans le registre d'adresse. Un signal de lecture est envoyé à la mémoire. L'instruction lue est envoyée dans le registre de données, puis transférée dans le registre d'instruction. L'UC décode l'instruction et envoie un ordre de préparation à l'ual. Le compteur ordinal est incrémenté afin de pointer sur l'instruction suivante. 9

10 exécution de l'instruction L'adresse de la zone (contenue dans le registre d'instruction) est envoyée dans le registre adresse (l'uc recherche l'opérande de l'instruction). L'UC déclenche le transfert des données à traiter vers l'ual (registre donnée) qui effectue le traitement. Le résultat est inscrit dans l'accumulateur. L'UC range le résultat en mémoire centrale à l'adresse contenue dans le registre d'instruction (en passant par les registres adresse et donnée). 3- la fréquence La fréquence(vitesse): calculer en Hz=1/second (nombre d opérations que le microprocesseur peut effectuer par second) Exemple: f=1 MHz -> il exécute 10 6 instruction par seconde f=1 GHz -> il exécute 10 9 instruction par seconde 10

11 Exercice 4 Quel est le temps nécessaire à l exécution d une instruction par un microprocesseur sachant que sa fréquence est 2 GHz 5 différents types de processeurs Fabricants Intel AMD Cyrix modèles Pentium I,II,III,IV Pentium MMX, PRO Core i5, i7 K5, K6, K6-2,K8, K10 Athlon, Duron, FX 6x86, 6x86MX VIA Cyrix MII, III 11

12 4-Une architecture pipeline Une architecture pipeline consiste à segmenter les unités qui accomplissent ces tâches afin de pouvoir commencer une nouvelle instruction alors que la précédente n'est pas terminée. Ainsi, une 1ère instruction peut en être au stade de l'exécution, pendant qu'une 2ème en est au décodage et qu'une 3ème est en cours de chargement. pipeline cycles instructions 1 CH DC EX SV 2 CH DC EX SV CH DC EX SV CH DC EX SV CH DC EX SV 12

13 4-Une architecture super-pipeline La technique de superpipeline améliore le pipeline en découpant chacune des étapes en n niveaux intermédiaires avec mémorisation Super-pipeline à 2 niveaux cycles instructions 1 CH DC EX SV 2 CH DC EX SV CH DC EX SV CH DC EX SV CH DC EX SV 13

14 Une architecture superscalaire pour exécuter plusieurs instructions par cycle Un processeur superscalaire incorpore plusieurs Unité de Traitement (UAL). A chaque cycle d'horloge, le processeur peut donc exécuter autant d'instructions qu'il contient d UAL. Superscalaire à 2 UAL cycles instructions 1 CH DC EX SV 2 CH DC EX SV CH DC EX SV CH DC EX SV CH DC EX SV CH DC EX SV 14

15 IV la mémoire RAM 1 définition: RAM(Random Access Memory) Conserve les informations lorsqu elle est sous tension. Elle est présentée sous la forme de barrettes insérés sur la carte mère. 2 fréquence de mémoire La fréquence à l intérieur de microprocesseur n est pas celui à l extérieur. La fréquence de bus doit etre égale à la fréquence de la RAM 15

16 3 les types de RAM DRAM(Dynamique RAM) nécessite un rafraîchissement périodique des données qu elle contient. SRAM (Statique RAM) son contenu n a pas besoin d être périodiquement rafraîchi. Alors elle est rapide (Exemple: mémoire cache) 4 les mémoires RAM FPM EDO BEDO SDRAM DRDRAM DDR SDRAM 16

17 Les barrettes mémoires(ram) SDRAM DRDRAM DDR SDRAM DDR2 SDRAM DDR3 SDRAM Mémoire FPM Fast Page Mode: Sa fréquence de fonctionnement est de 25 à 33 MHz 17

18 Mémoire EDO Extended Data Output: Sa fréquence de fonctionnement est de 25 à 66 MHz. Elle est accessible durant les temps de rafraîchissement ce qui était impossible avec la mémoire FPM Mémoire SDRAM Synchronous Dynamic RAM: Sa fréquence de fonctionnement est de 100 à 133 MHz. Elle synchronisée avec la fréquence de la carte mère. Ce qui a pour but d éliminer les délais d attente au processeur. Bus est de 64bits Alors la bande Passante est de 1 Go/s 18

19 Mémoire DRDRAM Direct Rambus Dynamic RAM: Sa fréquence de fonctionnement est de 800 MHz. Inventé par la société américaine Rambus Bus est de 16bits. Alors la bande Passante est de.. C est le double de ce qui permet SDRAM Mémoire DDR-SDRAM Double Data Rate SDRAM: Sa fréquence est le double de SDRAM est de 266 MHz. Exemple: DDR266 PC 2100 f=266mhz, bande passante =.. DDR 333 PC 2700 F=333MHz,bande passante = 19

20 Mémoire DDR-SDRAM Double Data Rate SDRAM: Sa fréquence est le double de SDRAM est de 266 MHz. Exemple: DDR266 PC 2100 f=266mhz, bande passante = 2,1 Go/s DDR 333 PC 2700 F=333MHz,bande passante = 2,7 Go/s V la mémoire cache La mémoire cache est appelée souvent L1 ou L2. C est une mémoire statique, plus rapide et plus chère que la mémoire dynamique utilisée dans les barrettes RAM. 20

21 Le cache Level 1 (L1) appelé cache interne. Ce dernier est toujours placé dans le processeur, fonctionnant ainsi à une fréquence identique. sa taille a varié de 8 à 64 kilo-octets. Le cache Level 2 (L2) Jusqu au Pentium, la mémoire cache Level 2 était disposée sur la carte-mère. L'arrivée du Pentium Pro a changé cet état de fait en intégrant la mémoire L2 directement dans le processeur. sa taille a varié de 512ko à 2Mo. 21

22 VI disque dur Inventé dans les années 50 par IBM, le disque dur est l'un des périphériques les plus importants de votre ordinateur. Il sert à stocker toutes vos informations de manière permanente 1 La structure d'un disque dur 22

23 Exercice: Soit un disque dur magnétique possédant les caractéristiques suivantes : * 6 plateaux (12 faces); * 2048 pistes par face, 18 secteurs par piste, 512 octets par secteurs; 1- Calculer la capacité du disque? Modes DMA DMA(Direct Memory Access) : permet de transférer des données du Disque dur vers la mémoire et vis versa sans passer par le microprocesseur. 23

24 Modes PIO PIO (Programmed Input/Output) permettant au Disque Dur d'échanger des données avec la mémoire vive à l'aide de commandes gérées directement par le processeur VII- ROM la ROM (Read Only Memory)est une petite mémoire située sur la carte mère dont les données définissent les paramètres du système. est une mémoire morte car il n'est pas possible de modifier son contenu. 24

25 Les types de la mémoire ROM PROM EPROM EEPROM PROM Programmable ROM Si on veut programmer une PROM il faut jeter le boîtier (circuit) et on programme un autre au moyen d une machine. 25

26 EPROM Electricaly Programmable ROM On peut effacer son contenu en utilisant les rayons ultraviolets, puis enregistrer électriquement les nouvelles informations EEPROM Electricaly Erasable Programmable ROM Présentent l avantage d être effaçable et inscriptible électriquement. 26

27 VIII- La carte graphique C est un composant électronique des PC spécialisé dans le traitement et l'affichage des images. Cette carte joue le rôle d une interface entre le PC et le moniteur(ecran) 27

28 Composants d une carte graphique Une carte graphique présente les composants suivants : - le processeur graphique: se charge des calculs spécifiques à l affichage, notamment à l affichage en 3D, ce qui soulage le Microprocesseur de la Carte mère - la mémoire vidéo sert à conserver les données numériques devant être converties en images. - le RAMDAC (Random Access Memory Digital-Analog Converter) convertit les images stockées dans la mémoire vidéo en signaux analogiques à envoyer à l écran de l ordinateur. Les connecteurs : En fonction des cartes graphiques, on distingue les connexions suivantes : - une interface VGA standard permet de relier la carte graphique à un écran CRT (à tube cathodique) - une interface DVI permet d envoyer des données numériques et non analogiques aux écrans qui acceptent ces données, notamment les moniteurs LCD - une interface S-Vidéo permet de relier la carte à une Télévision - une interface HDMI permet de relier la carte à un écran haute définition. 28

29 IX. La carte son La carte son est l'élément de l'ordinateur permettant de gérer les entrées-sorties sonores de l'ordinateur. Il s'agit généralement d'un contrôleur pouvant s'insérer dans un emplacement ISA ou PCI (pour les plus récentes) mais de plus en plus de cartes mères possèdent une carte son intégrée 29

30 Les principaux éléments d'une carte son Le processeur spécialisé, appelé DSP (digital signal processor) chargé de tous les traitements numériques du son. Le convertisseur digital-analogique appelé DAC (digital to analog converter) permettant de convertir les données audio de l'ordinateur en signal analogique vers un système de restitution sonore (enceintes, amplificateur, etc.) ; Le convertisseur analogique / numérique appelé ADC 30

31 Les connecteurs d'entrées-sorties internes : connecteur CD-ROM / DVD-ROM, possédant un connecteur noir, permettant de connecter la carte son à la sortie audio analogique du CD-ROM à l'aide d'un câble CD Audio ; Entrée auxiliaire (AUX-In) possédant un connecteur blanc, permettant de connecter des sources audio internes telles qu'une carte tuner TV Connecteur pour répondeur téléphonique (TAD, Telephone Answering Devices) possédant un connecteur vert ; Connecteurs externes 31

32 L échantillonnage Lors d un enregistrement par la prise microphone par exemple, le son est sous forme de signal analogique. Pour traiter ce son numériquement, il est nécessaire de prendre des valeurs de la courbe du signal dans le temps et en amplitude. X- Les Connecteurs 32

33 X.1- Les connecteurs d extension Le bus ISA. Lent (16 bits à 8 MHz), il est en voie de disparition. On ne trouve déjà plus sur les PC récents. Le bus PCI. Plus rapide (en général 32 bits à 33 MHz), il est compatible avec la norme Plug and Play, ce qui permet au système d exploitation de reconnaître tout de suite une carte insérée dans un connecteur de ce type. Le bus AGP. Avec une largeur de 64 bits et une fréquence de 66 MHz, il est spécifiquement conçu pour les échanges de données entre la mémoire vive et la carte graphique. Le PCI Express 1X : sa bande passante est de 250 Mo/s (presque le double de celle du bus PCI) Le PCI Express 2X : sa bande passante est de 500 Mo/s Le PCI Express 4X : sa bande passante est d'1 Go/s Le PCI Express 8X : sa bande passante est de 2 Go/s Le PCI Express 16X : sa bande passante est de 4 Go/s (le double de celle de l'agp 8X) chaque "X" signifie que le bus peut transporter 250 Mo/s de données 33

34 X.2 Connecteur d un disque dur IDE (ATA ou P-ATA) S-ATA SCSI 34

35 IDE(ATA) S-ATA SCSI IDE IDE, signifie en anglais Integrated Drive Electronics, donc ce sont des disques durs qui intègrent leur contrôleur sur le disque. On en trouve beaucoup à l heure actuelle sur les machines personnelles. 35

36 S-ATA Le standard Serial ATA (S-ATA) est apparu en Février C est un bus standard permettant la connexion de périphériques de stockage haut débit sur les ordinateurs de type PC. Le standard Serial ATA est basé sur une communication en série. SCSI Le standard SCSI signifie en anglais Small Computer System Interface, C est une interface qui va permettre la connexion de plusieurs périphériques de types différents sur un ordinateur par l intermédiaire d une carte 36

37 Carte SCSI IDE, S-ATA et SCSI 37