3 Le fonctionnement d un ordinateur
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- Adeline Martineau
- il y a 6 ans
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1 3 Le fonctionnement d un ordinateur Peter Schlagheck Université de Liège Ces notes ont pour seule vocation d être utilisées par les étudiants dans le cadre de leur cursus au sein de l Université de Liège. Aucun autre usage ni diffusion n est autorisé, sous peine de constituer une violation de la Loi du 30 juin 1994 relative au droit d auteur.
2 3 Le fonctionnement d un ordinateur 3.1 La machine de Turing 3.2 Le fonctionnement d un processeur 3.3 La réalisation en pratique
3 3.1 La machine de Turing Alan Turing ( ), mathématicien grande contribution au déchiffrement des codes allemands Enigma pendant la deuxième guerre mondiale (ordinateur électromécanique bombe, 1940) conception de la machine de Turing (1936) = une machine de calcul universelle qui sait effectuer tous les algorithmes numériques possibles... afin de démontrer qu il n est pas possible de déterminer si de tels algorithmes s arrêtent ou non
4 La machine de Turing La machine de Turing consiste d un ruban de mémoire binaire infini et d une unité de commande chargée d un programme
5 La machine de Turing L unité de commande peut lire le contenu (0 ou 1) de la cellule actuelle du ruban écrire 0 ou 1 dans la cellule actuelle du ruban se déplacer à gauche ou à droite par une cellule
6 La machine de Turing Le programme definit plusieurs états de l unité de commande. Chaque état se compose d une lecture et écriture dans la cellule actuelle d un déplacement à gauche ou à droite d un lien/saut à un autre état à executer à la suite... tout dépendant du contenu de la cellule actuelle
7 La machine de Turing Exemple d un programme (additions) pour la machine de Turing: cellule actuelle étape prochaine état actuel lecture écriture déplacement état suivant état 0 état 1 état 2 état droite état droite état droite état droite état gauche état droite état droite STOP 1 0 droite STOP
8 La machine de Turing Additions avec la machine de Turing: ST ST
9 La machine de Turing Additions avec la machine de Turing: ST ST
10 La machine de Turing Additions avec la machine de Turing: ST ST
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27 La machine de Turing Additions avec la machine de Turing: ST ST tous les algorithmes numériques peuvent être représentés sur une telle machine (thèse de Church-Turing) (ce n est pas forcément la meilleure façon de les exécuter... )
28 Comment est-ce qu on pourrait faire mieux... après tout ce qu on a déjà appris? remplacer tous les bits par des octets déplacement arbitraire de l unité de commande nécessite l adressage global des cellules du ruban
29 Comment est-ce qu on pourrait faire mieux... après tout ce qu on a déjà appris? remplacer tous les bits par des octets déplacement arbitraire de l unité de commande effectuer des calculs élementaires (additions des octets) à l interieur de l unité de commande encoder le programme dans la mémoire
30 3.2 Le fonctionnement d un processeur John von Neumann ( ), mathématicien Contributions: théorie de logique physique quantique théorie des jeux Manhattan project informatique l architecture de von Neumann
31 3.2 Le fonctionnement d un processeur Un ordinateur se compose Le principe de von Neumann: d une unité de commande, d une unité arithmétique et logique, d une mémoire centrale et des unités d entrée et de sortie (clavier, souris, écran, imprimante,... )
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35 ACC: accumulateur (1 octet) sauvegarde d une donnée pour des opérations arithmétiques et logiques
36 ACC: accumulateur (1 octet) CI: compteur d instructions (1 octet) contient l adresse de l instruction actuelle
37 ACC: accumulateur (1 octet) CI: compteur d instructions (1 octet) RI: registre d instruction (1 octet)
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43 Opération 2: copier le contenu à l adresse indiquée dans l accumulateur
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50 Opération 4: ajouter à l accumulateur le contenu dans l adresse indiquée
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59 Opération 3: écrire le contenu de l accumulateur dans l adresse indiquée
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63 Les instructions élémentaires: LOAD copier la valeur de la mémoire dans l accumulateur STORE copier la valeur de l accumulateur dans la mémoire ADD ajouter la valeur de la mémoire à l accumulateur MPY multiplier la valeur dans l accumulateur avec la valeur de la mémoire
64 Les instructions élémentaires: LOAD copier la valeur de la mémoire dans l accumulateur STORE copier la valeur de l accumulateur dans la mémoire ADD ajouter la valeur de la mémoire à l accumulateur MPY multiplier la valeur dans l accumulateur avec la valeur de la mémoire BR copier l adresse indiqueée dans le compteur d instructions interromption de la séquence, continuation avec une autre partie du programme
65 Les instructions élémentaires: LOAD copier la valeur de la mémoire dans l accumulateur STORE copier la valeur de l accumulateur dans la mémoire ADD ajouter la valeur de la mémoire à l accumulateur MPY multiplier la valeur dans l accumulateur avec la valeur de la mémoire BR copier l adresse indiqueée dans le compteur d instructions BRG copier l adresse indiqueée dans le compteur d instructions si l accumulateur ne vaut pas zéro
66 Les instructions élémentaires: LOAD copier la valeur de la mémoire dans l accumulateur STORE copier la valeur de l accumulateur dans la mémoire ADD ajouter la valeur de la mémoire à l accumulateur MPY multiplier la valeur dans l accumulateur avec la valeur de la mémoire BR copier l adresse indiqueée branchement dans le compteur d instructions BRG copier l adresse indiqueée branchement dans le compteur d instructions conditionnel si l accumulateur ne vaut pas zéro
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72 Opération 0: continuer avec l instruction dans l adresse indiquée si le contenu de l accumulateur ne vaut pas zéro
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76 Opération 4: ajouter à l accumulateur le contenu dans l adresse indiquée
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93 Opération 0: continuer avec l instruction dans l adresse indiquée si le contenu de l accumulateur ne vaut pas zéro
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114 Opération 0: continuer avec l instruction dans l adresse indiquée si le contenu de l accumulateur ne vaut pas zéro
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116 réalisation d une boucle
117 Le programme exprimé dans un langage symbolique (assembleur): 16: LOAD *10 17: ADD *15 18: STORE *4 19: IF (ACC NOT 0) GOTO 17 20:... *10 = la valeur encodée à l adresse 10
118 Le programme exprimé dans un langage symbolique (assembleur): 16: LOAD *10 17: ADD *15 18: STORE *4 19: IF (ACC NOT 0) GOTO 17 20:... toute complexité de la fonctionnalité des ordinateurs peut être introduite par la programmation (software)
119 hardware et software programmation Motorola Motorola Motorola transistors processeurs Intel DEC Motorola hardware compilateurs langages de programmation Fortran C Java software utilisateur
120 3.3 Réalisation en pratique Installations supplémentaires: séquenceur (cablé ou microprogrammé) contrôle le déroulement de toutes les actions
121 Comment décoder des codes d instructions?... pour deux bits: a b
122 Comment décoder des codes d instructions?... pour deux bits: a b
123 3.3 Réalisation en pratique Installations supplémentaires: séquenceur (cablé ou microprogrammé) contrôle le déroulement de toutes les actions
124 3.3 Réalisation en pratique Installations supplémentaires: séquenceur horloge (oscillateur de quartz) donne des signaux de cadence réguliers (GHz) pour lancer des actions
125 3.3 Réalisation en pratique Installations supplémentaires: séquenceur horloge bus de transfert entre mémoire et processeur... pour des adresses et des données
126 3.3 Réalisation en pratique Optimisations:
127 3.3 Réalisation en pratique Optimisations: execution parallèle des opérations indépendantes mémoire cache et mémoire centrale (réalisation avec SRAM et DRAM)
128 3.3 Réalisation en pratique Optimisations: execution parallèle des opérations indépendantes mémoire cache et mémoire centrale opération parallèle de plusieurs processeurs
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