Le matériel. Architecture générale. Unité centrale. 1 Définition. 1. Le processeur

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1 Le matériel Liens : Système d exploitation Pourquoi les ordinateurs sont-ils aussi vite dépassés? Tous les ordinateurs sont-ils les mêmes? Je veux m équiper. De quoi ai-je besoin au minimum? Comment comprendre les caractéristiques décrites sur les publicités? Comment connecter un périphérique? Architecture générale Comme en témoignent les nombreuses offres, sans cesse renouvelées, l évolution des matériels informatiques est extrêmement rapide. Les progrès de la technologie permettent en effet de miniaturiser toujours plus les matériels, augmenter leurs capacités, etc. Paradoxalement, la structure de base (i.e. l architecture) de ces machines, quant à elle, n a pas bougé depuis sa définition en 1945 par Von Neumann et l apparition du premier ordinateur moderne (i.e. l EDVAC cf. photo ci-contre). Tous les ordinateurs actuels sont composés des éléments suivants : matériels permettant le traitement des données : l unité centrale composée notamment du (micro-) processeur et de la mémoire centrale (voir ci-dessous, le point 2 La mémoire centrale). matériels permettant l acquisition de données : les périphériques d entrée (clavier, souris, scanner ), matériels permettant la restitution de données : les périphériques de sorties (écran, imprimante ), A ces éléments de base viennent s ajouter des matériels spécifiques permettant de : Stocker, archiver de l information : les périphériques de stockage (disques durs, clés USB, lecteurs blue-ray, etc.), Connecter les postes à des réseaux : les périphériques de communication (modem, carte réseau, clé Wifi ). Notons que les dispositifs connectés tels que smartphones ou tablettes répondent également à cette définition générale des ordinateurs. Unité centrale 1 Définition L unité centrale recouvre l ensemble des éléments nécessaires au bon fonctionnement de l ordinateur (hors acquisition et restitution de données) : l alimentation, la carte mère, le (micro-) processeur, la mémoire centrale, etc. Nous ne nous intéressons ici qu aux deux composants les plus importants : le processeur et la mémoire centrale. 1. Le processeur Le processeur (CPU) est fréquemment assimilé au cerveau de l ordinateur. C est en effet lui qui reçoit des données, les traite (applique les opérations fournies par les programmes) et produit des résultats. Il ne sait réaliser qu un nombre limité d opérations arithmétiques. Pour que le programme puisse indiquer au processeur quelle opération appliquer et sur quelles données, il est nécessaire de disposer d un langage de commande appelé «langage machine». Chaque processeur possède un langage spécifique. Ainsi, un processeur ne peut pas «interpréter» les suites d instructions (programmes) d un

2 processeur de famille différente. Par exemple certains programmes écrits pour un Mac ne pourront pas être utilisés sur un PC. Le processeur a pour tâche d exécuter l une après l autre chacune des instructions composant le programme à traiter. Pour cela, le processeur dispose d une «horloge interne» qui bat la mesure : à chaque coup d horloge, le processeur réalise une instruction. Plus l horloge interne bat la mesure (est cadencée) rapidement, plus le processeur traite les instructions rapidement. La cadence de l horloge interne est mesurée en Hertz (Hz) qui indique le nombre d instructions réalisées par seconde. Actuellement, l ordre de grandeur des cadences se compte en Gigahertz (1 GHz = 1 milliard de Hertz). Ainsi, un processeur cadencé à 2,4 GHz désigne un processeur capable d opérer 2,4 milliards d instructions en une seconde. 2. La mémoire centrale On parle de mémoire centrale, à distinguer des autres formes de mémoires (mortes, caches ) équipant un ordinateur. Cette mémoire centrale est également appelée «mémoire vive», «mémoire de travail» ou «RAM» (Random Access Memory). Présentée le plus souvent sous forme de barrettes (cf. photo cidessus), la mémoire centrale a la fonction principale de contenir, à un instant t, toutes les données et les programmes actifs (ceux en cours d utilisation). Par exemple, si vous êtes en train de taper un texte avec votre traitement de texte, la mémoire centrale contiendra, entre autres, votre texte et les programmes composant votre traitement de texte. Contrairement à d autres types de mémoires, la mémoire centrale à la particularité d être «volatile». Autrement dit, c est une mémoire qui ne permet pas le stockage de données ou de programmes à long terme ; ils ne sont conservés que le temps de leur utilisation. Elle est d un accès très rapide, contrairement aux données enregistrés sur un disque dur ou une clé USB. Quand elle est saturée (pleine), les traitements peuvent s en trouver très ralentis, car le système doit en enregistrer une partie sur le disque dur à chaque fois qu il doit traiter de nouvelles données - et la multiplication de ces opérations peut s avérer très couteuse en temps. La taille de la mémoire (nombre d octets qu elle peut contenir) s exprime le plus souvent en Giga octets (Go), actuellement entre 4 et 8Go.

3 Périphériques Par définition, les périphériques sont tous les éléments matériels autres que l unité centrale. 1. Carte contrôleur et ports La connexion entre les périphériques et l unité centrale est réalisée par des composants appelés «contrôleurs» ou «cartes contrôleur». Pour assurer la liaison avec l unité centrale, ces cartes sont insérées sur un «slot» de la carte mère et les données circulent à travers un bus. De plus, elles disposent d une sortie (appelée «port de sortie») qui permet de brancher un périphérique. Carte mère Périphériques Processeur Mémoire centrale slots scanner imprimante bus écran souris connecteur Carte contrôleur Port de sortie clavier Carte contrôleur Carte mère Parmi les ports de sortie les plus courants, on trouve l USB le firewire des ports spécifiques pour l audio (RCA, mini-jack) et la vidéo (VGA, HDMI, ) 2. Périphériques d entrée et périphériques de sortie Voici quelques-uns des périphériques les plus connus : Périphériques d entrée le clavier : envoi de caractères la souris : déplacement d un pointeur le scanner : numérisation et envoi d images l appareil photo (ou vidéo) numérique : envoi d images (ou de vidéos) le microphone : envoi de signal sonore

4 Périphériques de sortie l écran : affichage de textes, images, vidéos l imprimante : permet l impression sur papier de textes, d images les enceintes : permettent de restituer des sons Sur le marché, on trouve une très grande variété de ces périphériques : le choix dépend essentiellement de l usage qui en est attendu. 3. Périphériques de stockage Contrairement aux périphériques d entrée ou de sortie, les périphériques de stockage permettent un échange d informations avec l unité centrale dans les deux directions. Ces périphériques vont jouer le rôle de mémoire à long terme. Contrairement à la mémoire centrale, ils permettent de stocker données et programmes de manière durable (même si l ordinateur s arrête, un texte enregistré sur un disque y reste présent). L autre avantage de ces matériels par rapport à la mémoire centrale est leur très grande capacité de stockage. Par contre, le temps d accès aux informations reste plus long. Parmi les périphériques de stockage les plus courants, citons : les disques durs (internes ou externes), les lecteurs et graveurs de DVD-Rom, les clés USB, etc. Attention, pour fonctionner, le matériel d un ordinateur nécessite un logiciel spécifique appelé «système d exploitation». (voir la fiche SE) Références Histoire de l informatique : Matériel informatique : Périphériques : Ports :

5 Notions clés à comprendre et retenir Savoir distinguer la partie matérielle (appelée hardware en anglais) de la partie logicielle (software en anglais). La Mémoire centrale est appelée également «mémoire vive» ou RAM (Random Access Memory) Unité centrale : on trouve diverses acceptions au terme «unité centrale». Pour nous, elle désigne l ensemble des matériels autres que les périphériques. Outre le processeur et la mémoire centrale, elle comporte donc, par exemple, l alimentation, la carte mère, la mémoire morte (ROM), etc. Logiciel ou application : ensemble de programmes liés entre eux pour réaliser un ensemble de tâches précises (éditer du texte, communiquer par mail, etc.). Périphériques : tous les dispositifs permettant l acquisition et/ou la restitution des données ROM: mémoire qui contient les informations nécessaires au démarrage d un ordinateur (BIOS, lancement du Système d'exploitation, etc.)

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