Ouvrons la bête. Quelques éléments d architecture matérielle. Stéphane Gonnord. Lycée du parc - Lyon

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1 éléments d architecture matérielle stephane@gonnord.org Lycée du parc - Lyon Vendredi 13 septembre Lycée du parc Les photos ne sont pas toutes libres de droit

2 1. Un bestiaire : quelques s à la maison ; éléments communs. 2. : théorie (Turing, von Neuman) ; real world ; fonctionnement approximatif. 3. Désossons la bête : la carte mère ; le microprocesseur ; la RAM, le disque dur ; etc. 4. : 2000 vs ; 1000 vs. 300 vs. 50.

3 Le ZX 81 Le début de l histoire...

4 Le petit dernier : γ Et il fonctionne!

5 Calculatrice 5 fonctions Plus rustique...

6 Un serveur (Meert) Le serveur... et la freebox

7 Votre serviteur Euler

8 Un bon vieux smartphone Un vieil (3 ans) HTC

9 Une tablette Et son utilisation principale

10 Une unité centrale... qui ne marche plus!

11 Bizarre Une machine de Turing...

12 À guichet ouvert En revenant de Nantes...

13 HPC pétaflops sous le capot.

14 Points communs (partiels) entre ces bidules : «calculent» ; fonctionnent avec des «programmes» écrit à la naissance et/ou plus tard ; entrées ; sorties ; stockage de données ; connectivité.

15 Point de vue de Turing (1936)

16 Une machine de Turing... # F... Que fait le «programme» suivant? q a,# q a,#,d q a,0 q a,1,d q a,1 q a,0,d q a,f q r,f,g q r,0 q r,0,g q r,1 q r,1,g q r,# q F,#, Mouais... on ne va pas aller bien loin avec ça!

17 Des tas de machines de Turing... # F... Écrire un «programme» sur machines de Turing qui... ajoute un 0 en fin de ruban ; ajoute un 0 en début de ruban ; ajoute 1 à l entier codé. Exemple : = multiplie par 2 l entier codé ;... résout un sudoku! Thèse de Church-Turing Tout ce qu on peut «calculer», on peut le calculer avec une machine de Turing.

18 Point de vue de von Neumann (1945)

19 Dans la réalité

20 Fonctionnement approximatif (1/3) La vie monotone de l unité de contrôle : Lire instruction Exécuter instruction Incrémenter PC Décoder instruction

21 Fonctionnement approximatif (2/3) Exemples d instructions : LOAD : charge une valeur de la mémoire vers un régistre. STORE : l opération inverse! ADD : fait la somme de deux régistres, et la place dans un troisième. BNE : Branch if Not Equal, pour les tests. LOAD R0, B ; charge B dans le registre R0 LOAD R1, C ; charge C dans le registre R1 ADD R2, R0, R1 ; R2 <- R0 + R1 STORE R2, A ; stocke R2 à l adresse A

22 Fonctionnement approximatif (3/3) En réalité, c est «un peu» plus complexe : programme et données dans la RAM ; différentes mémoires (cache de différents niveaux, RAM) ; des tas de bus à synchroniser ; pipeline ; unité de prédiction de branchement ; périphériques ;...

23 «La plaque maternelle» Carte mère (motherboard) août 2013 : majoritairement de 40e à 100e (jusqu à 1000e...)

24 Carte mère supporte l ensemble des éléments ; est placée dans un boitier, et connectée à l alimentation ; BIOS ; Bus ;...

25 Le (micro)processeur (Central Processing Unit) Intel, AMD,... majoritairement de 30 à 150e (jusqu à 2000e...).

26 Le CPU multicœurs ; multiprocesseurs ; caches de différents niveaux ; CPU vs. GPU ;... Bref, les électroniciens hard ont encore du plein emploi pour quelques années!

27 RAM RAM nue, puis dans son slot, sur la carte mère de 500 Mo à 8 Go ; nombreux types (SDR, DDR, DDR2,...) ; nombreuses fréquences ; 1 Go DDR2 800 MHz : de 15 à 30e

28 Disque dur (Hard Drive) capacité : de 100 Go à 6 To ; vitesse de rotation (de 5000 à tpm) ; cache (de 8 à 128 Mo) ; 1 To, 7200 tpm, 32 Mo cache : de 60 à 80 e

29 Cartes mémoire (Solid State Drive) de 1 Go à 128 Go ; alternative raisonnable aux disques durs ; nombreux types (SD, SDHC, MicroSD,...) ; 1 Go DDR2 800 MHz : de 15 à 30e

30 Le port : Les extensions (connectique, son, wifi...) :

31 Kilo, méga, giga, tera, peta bytes vs bits ; ; Mo (usage ; 10 6 ) vs Mio (mébioctets ; 2 20 ) Ordres de grandeur : Fréquences : processeur (1 GHz à 4 GHz) ; bus (1 GHz, soit par exemple 32 Go par seconde) ; mémoire (du même ordre ; un peu inférieur). Quantités de données : cache (de Mo en L1 à 12 Mo en L2) ; RAM (0.5 Go à 8 Go) ; CD-ROM (0.2 à 0.9 Go), DVD (4 à 8 Go) et Blu ray (25 à 100 Go). SSD (1 à 128 Go), HD (100 à 6000 Go).

32 Il y a plus de 10 ans Début 2000 : Modèle : HP Vectra VL 400. Gamme : «je m achète un gros PC» (genre 1000 e actuellement). Prix (estimé) : 2000 e. Processeur : Pentium III, 800 MHz, 256 ko de cache. Disque dur : 10 Go ; RAM : 128 Mo. Bonne carte graphique de l époque. Windows Bref... Un Raspberry π avant l heure!

33 Raspberry π : modèle B, plus une SSD 8 Go deux autres configurations (sans écran) : rue du commerce, août Gamma, 40 e Config. 300 e Config e Proc. 0.7 MHz 2*3.4 GHz 4*3.4 GHz Cache Mo 1 Mo 16 Mo HD/SSD 0 / 8 Go 0.5 To / 0 1 To/16 Go RAM 0.5 Go 4 Go 16 Go Vidéo GPU très correct Bon GPU Énôôôrme OS Linux Non Windows 8

34 End game Merci de votre attention!