À propos du cours. Architecture des Ordinateurs Introduction. Objectif (2/2) Objectifs (1/2) Plan du cours. Historique (1/7)

Transcription

1 Arhiteture des Ordinteurs Introdution Liene Informtique - USTL Dvid Simplot simplot@fil.univ-lille.fr À propos du ours Site we du ours : Les TD ommenent l semine du 5/ Les TP ommenent l semine du 22/ Évlution : Trois DS en Trvux Dirigés Un projet en Trvux Prtiques (en Assemleur) ontrôle individuel sur mhine Un exmen en jnvier 2 Ojetifs (/2) Comment fontionne un ordinteur? Ojetif (2/2) Miroproesseur Applitions Système d Exploittion Mtériel «Softwre» WinZip, LTeX, ems, Quke Aren Entrées/sorties Mémoire «Hrdwre» PC, PowerPC Apple, Sttion UltrSpr «Operting System» (OS) Windows 2, Unix, Solris, Linux, BeOS, MOS 3 4 Pln du ours Historique (/7) Introdution Ojetifs, Pln, Historique Prtie I : Conepts de Bse Prtie II : Le Miroproesseur Prtie III : Liens ve le Système d Exploittion Prtie IV : Gestion de l mémoire et des E/S 5 Préhistoire -5 Apprition des premiers outils pour luler ouliers, que 632 invention de l règle à lul 642 Psl invente l «Psline» 833 Mhine de Bge 854 Boole pulie un ouvrge sur l logique 94 invention du tue à vide 937 Aln Turing pulie des rtiles sur les fontions lulles 943 Crétion du ASCC Mrk I (Hrvrd - IBM) Automti Sequene-ControlledClultor 945 nissne du ug! Bogue! 6

2 Historique (2/7) Les premiers ordinteurs 946 Crétion de l ENIAC Eletroni Numeril Integrtor nd Computer rhiteture Von Neumn 947 invention du trnsistor 956 premier ordinteur à trnsistors le : TRADIC (Bell) 958 premier iruit intégré réé pr Texs Instrument 96 premier jeu sur ordinteur : SpeWr! 964 lngge de progrmmtion BASIC 968 invention de l souris (Stnford) 969 Systèmes d exploittion MULTICS puis UNIX (Bell) 7 Historique (3/7) L informtique dns un grge 97 ARPANET (nêtre de l internet) 97 Intel ommerilise le premier miroproesseur le 44 (4 its, 8 KHz, 23 trnsistors en mirons) 972Intel sort le 88 (8 its, 2 KHz, 35 trnsistors) 972 Bill Gtes et Pul Allen fondent Trff-of-Dt 973 Gry Kildll érit le système d exploittion CP/M 973 Invention du C pour le développement d UNIX 974 le frnçis Frnçois Moreno invente l rte à pue 974 Motoroll ommerilise son er proesseur le 68 (8 its) 974 Intel sort le 88 (8 its, ) 8 Historique (4/7) L informtique dns un grge (suite) 975 Trf-of-Dt devient Miro-Soft 976 Steve Jos et Steve Woznikommerilisent l Apple Computer (à se de MOS Teh. 652) 976 Zilog sort le Z8 8its, 2.5MHz Miro-informtique 978 Intel lne son 886 (6its, 4.7 MHz, 29 trnsistors à 3 mirons) 979 Tito sort le jeu Spe Invders 979 Motoroll ommerilise le 68 6/32 its, 68 trnsistors 98 Sinlir sort le ZX8 à se de Z8 9 Historique (5/7) Miro-Informtique (suite) 98 IBM sous-trite le système d exploittion de s future mhine (à se de 886) à Mirosoft QDOS 86-DOS MS-DOS 982 Intel ommerilise le its, 6 MHz, 34 trnsistors 982 Mirosoft édite une version MS-DOS pour omptiles! Sony et Phillips inventent le CD-ROM 984 Apple sort le Mintosh ve une interfe grphique onvivile Historique (6/7) 97, le 44 4 its, 8 KHz 23 trnsistors ( mirons) Historique (7/7) Loi de Moore 3 ns 2, le pentium IV 64 its -,4 GHz, 42 millions de trnsistors (,8 mirons) 2

3 Arhiteture des Ordinteurs Prtie I : Conepts de Bse. Qu est-e qu un ordinteur? Dvid Simplot simplot@fil.univ-lille.fr Au sommire Modèle de Von Neumn / rhiteture réelle Représenttion de l informtion Algère de Boole et fontions ooléennes Conlusion 4 Modèle de Von Neumn Arhiteture réelle inventé pr le mthémtiien hongrois Von Neumn en 963 Mémoire de progrmme instrution ompteur mp instrution 2 horloge registre instrut. d instrution instrution N mx info init Unité de md info registres de lul Unité de ontrôle informtion informtion 2 informtion N Mémoire de données mx 5 horloge init Miroproesseur ompteur ordinl registre d instrution Unité Arithmétique et instrut. info registres de lul us de données us d dresses Mémoire entrle instrution instrution 2 informtion informtion 2 instrution N informtion N mx 6 Instrution ou informtion? Au sommire Qu est-e qui fit l différene entre une instrution ou une informtion? Qu est-e qu une informtion? Dns un ordinteur, il n y que des ou des ournt ps de ournt on prle de it pour inry digit Modèle de Von Neumn / rhiteture réelle Représenttion de l informtion Systèmes de numértion Nomres inires Algère de Boole et fontions ooléennes Conlusion En mémoire, on des mots inires d une tille fixée pr le miroproesseur (ex. 8 its, 6 its,) 7 8

4 Système de numértion (/7) Exemple Bse 4 En se (déimle), on utilise les hiffres :,, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 En se 4, on utilise les hiffres :,, 2, 3 Système de numértion (2/7) Exemple Bse 4 se 4 se se 4 se x4 + 2x4x Système de numértion (3/7) Bse B Système de numértion (4/7) Systèmes les plus utiles Système pr position: d n- d n-2 d d, d - d -m ex : se 4 : 3,23 (n3, m4) (N) B d n- B n- +d n-2 B n-2 ++d B +d B + d - B - ++d -m B - m Prtie entière Prtie frtionnire ex : (3,23) , ,625 49,325 B se d i vleur du i+ ième hiffre à l guhe de virgule d -j vleur du j ième hiffre à l droite de l virgule n nomre de hiffres entiers dns N m nomre de hiffres frtionnires dns N 2 B (Déiml) hiffres : (,, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) B 2 (Binire) hiffres : (, ) B 8 (Otl) hiffres : (,, 2, 3, 4, 5, 6, 7) B 6 (Hexdéiml) hiffres : (,, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F) 22 Système de numértion (5/7) Conversions Système de numérottion (6/7) Exemple de onversion Comment psser d un système de numértion à l utre (hngement de se)? Prtie entière: (34,625) (,) 2 Prtie frtionnire: Algorithme : Définition fvorle pour les onversions vers le système déiml (N ) A (N 2 ) Algorithme 2: Divisions et multiplitions suessives fvorle pour les onversions à prtir du système déiml (N ) (N 2 ) B (34,625) (?) r,625 x 2, r,25 x 2, r,5 x r 2 2 r 2 r 23 24

5 Système de numértion (7/7) Binire Hexdéiml Binire Hexdéiml Il fut former des groupes de 4 its en ommençnt u point. Chque groupe de 4 its représente diretement un hiffre hexdéiml. Hexdéiml Binire Il fut onvertir hque hiffre hexdéiml à son équivlent inire (4 its). Au sommire Modèle de Von Neumn / rhiteture réelle Représenttion de l informtion Systèmes de numértion Nomres inires Algère de Boole et fontions ooléennes Conlusion ex : 5 A Nomres inires (/8) non-signés à virgule fixe Nomres inires (2/8) Exemple mots de 3 its C est l se 2 ve un nomre de hiffres vnt l virgule fixé et un nomre de hiffres près l virgule fixé d n- d n-2 d n-3 d 2 d d d - d -m ve n et m fixé on «oulie» l virgule puisque l on sit s position s prtiulier : m, e sont les entiers nturels! N () 2(7,4) (?) Mot de hiffres Représenttion en virgule fixe, ve 4 hiffres pour l prtie frtionnire Rppel :en se 2, un hiffre un it (BInry digit) 27 n3 m n2 m n m2 n m3,5,25,25 2,5,25 3,5,75, ,5 5 2,5,25, ,5,75 7 3,5,75, Nomres inires (3/8) Comprison Comment svoir si < où et sont des nomres inires? On ompre it à it en ommençnt pr l guhe. Le premier qui un lors que l utre est à est le plus petit est plus petit que (9<) 29 Nomres inires (4/8) Addition Pour n et m fixés (pr exemple n4 et m) n2 et m2,5,25 2,75 Quels que soient n et m, est toujours l même tehnique Attention u déordement : ve n4 et m, on ne peut ps fire 6+ (+ ). 3

6 Nomres inires (5/8) Nomres signés 3 fçons de représenter +/- N ve n its: Module et signe (noté M&S) on utilise le it le plus à guhe pour représenter le signe ex : (n4, m) 3-3 Complément à (noté Cà) pour un nomre négtif, on prend l représenttion de l prtie entière et on inverse tous les its ex : (n4, m) 4-4 Complément à 2 (noté Cà2) idem, mis vnt d inverser, on soustrit ex : (n4, m) Nomres inires (6/8) Exemples de nomres signés n3, m M&S Cà Cà Nomres inires (7/8) Addition inire (pr omplément) Le it signe est trité omme tous les utres its (on les dditionne!) L soustrtion est un s prtiulier de l'ddition; les nomres négtifs sont trités omme des nomres à dditionner. Addition pr Cà (Retenue? +) (-) (-2) - Addition pr Cà2 (Direte) (-) (-2) - 33 Nomres inires (8/8) Dépssement de pité Un dépssement de pité survient lorsque les opérndes ont le même signe et le résultt un signe différent de elui des opérndes. Ex. 7+3, mots de 4 its, Cà2 Nom nglis : overflow (-5) 34 Au sommire Algère de Boole Modèle de Von Neumn / rhiteture réelle Représenttion de l informtion Systèmes de numértion Nomres inires Algère de Boole et fontions ooléennes Conlusion 35 Pour les preuves, voir sur le site Pour pouvoir mnipuler des et des, on n esoin que de trois opértions : Fontion négtion (omplémenttion) «NON» («NOT») noté ve une rre et Fontion onjontion «ET» («AND») noté «.».... Fontion disjontion «OU» («OR») noté «+»

7 Axiomes de se (/4) Axiomes de se (2/4) Commuttivité :.. Assoitivité.(.) (.) ( + ) ( + ) Axiomes de se (3/4) Axiomes de se (4/4) Distriutivité :.( + ) (.) + (.) Éléments neutres.. + (.) ( + ).( + ) + + Complément Propriétés (/2) Propriétés (2/2) Élément sornt : Idempotene :. Involution : + Théorème de De Morgn : Asorption :.( + ) + (.) Exerie :montrer es propriétés à prtir des xiomes 4 42

8 Additionneur Additionneur élémentire (/2) Additionneur prllèle de 4 its AE Additionneur Élémentire C 3 B 3 A 3 AE S 3 C 2 B 2 A 2 AE S 2 C B A AE S C B A AE S C - L tle de vérité d un dditionneur élémentire est Ai Bi Ci- Ci Si le nomre de (en entrée) est impir Si Si Ai Bi Ci- le nomre de est supérieur (stritement) à Ci Ci AiBi + AiCi- + BiCi Additionneur élémentire (2/2) Au sommire Modèle de Von Neumn / rhiteture réelle Représenttion de l informtion Systèmes de numértion Nomres inires Algère de Boole et fontions ooléennes Conlusion En onlusion En TD : rithmétique et logique inire Les TP ne ommenent ps ette semine! 47