Révision : Structure d un ordinateur

Transcription

1 Qu est-ce qu un système informatique? Un système informatique est un ensemble composé d un ou plusieurs dispositif programmable. Chacun de ces dispositifs peut communiquer avec les autres via un mécanisme dit de réseau et chacun de ces dispositifs effectue une ou plusieurs tâches par le déroulement d instructions constituants le programme qu il doit exécuter. CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire

2 Plusieurs types de systèmes informatiques : Les systèmes informatiques généraux Ce sont les machines habituelles : PC, Station Unix, Mini-ordinateurs, MainFrame. Ces systèmes sont adaptables par le logiciel qu ils exécutent et donc leurs tâches peuvent être variées. Les systèmes informatiques dédiés Ce sont des machines dédiées à un type de tâches particulières, par exemple les consoles de jeux vidéo, les machines de tri du courrier. Les systèmes informatiques embarqués ou enfouis Ce sont des systèmes informatiques mis dans d autres machines, par exemple les appareils photo numériques, les téléphones, l informatique des véhicules de transport. CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire

3 Eléments matériels d un ordinateur Les bus La mémoire Les disques durs Les cd/dvd Le dma Les cartes périphériques, notamment la carte vidéo 3D La carte mère Le ou les processeurs CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 3

4 Les bus C est le cœur d un ordinateur car il véhicule les informations d un composant à l autre. Sa composition : - Un ensemble de fil. - Un protocole de communication. - Un ensemble de règle régie la communication par un composant : le maître du bus. Bus Adresse, Bus data CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 4

5 Les mémoires Elles permettent de stocker de l information et sont réparties en plusieurs niveaux, on parle de mémoire cache : Mémoire de dernier niveau : mémoire centrale Mémoire de niveau n + Bus Adresse, Bus data Mémoire de niveau n CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 5

6 La hiérarchie de mémoire PROCESSEUR NIVEAU (INTEGREE) NIVEAU NIVEAU N DERNIER NIVEAU : MEMOIRE CENTRALE Le niveau n est plus petit (en taille) que le niveau n -. Une donnée présente dans le niveau n- est présente dans le niveau n. Chaque niveau n fait correspondre une grande quantité d adresses (en nombre) vers une quantité plus petite situé au niveau n-. CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 6

7 Cache totalement associatif : Révision : Structure d un ordinateur Ou mettre le bloc Le bloc mémoire peut aller n importe où dans le cache : Le bloc peut aller n importe où dans le cache Numéro bloc mémoire CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 7

8 Cache à correspondance direct : Révision : Structure d un ordinateur Ou mettre le bloc Le bloc mémoire a une seule place disponible dans le cache : (numéro bloc) mod (nombre de bloc dans le cache) Le bloc peut aller seulement dans le bloc mod 8 Numéro bloc mémoire CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 8

9 Ou mettre le bloc Cache associatif par ensemble de blocs : Le bloc mémoire peut être placé dans un ensemble de blocs : (numéro bloc) mod (nombre d ensemble d dans le cache) Un ensemble est un groupe de blocs, s il y a n blocs dans un ensemble, la correspondance est appelée associative par ensemble de n blocs. E0 E E E Associatif par ensemble : le bloc peut aller n importe où dans le un des blocs de l ensemble 0 : bloc 0 et bloc. Numéro bloc mémoire CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 9

10 Comment trouver le bloc Pour chaque bloc des caches, il existe une étiquette qui donne le numéro du bloc présent : Cette étiquette est examinée pour voir si elle correspond au numéro de bloc provenant de l UC. Pour chaque bloc des caches, il existe un bit qui indique la validité du bloc. Si le bit n est pas positionné, il ne peut y avoir d accès à une adresse du bloc (non représenté). Etiquette Numéro de bloc Index Déplacement dans le bloc Relation entre l adresse et le cache L adresse est séparée en deux : le numéro de bloc et le déplacement dans ce bloc : Le numéro de bloc peut être divisé en un champ étiquette et un champ index. L augmentation du nombre d ensemble diminue le champ étiquette et augmente le champ index. CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 0

11 Remplacement d un bloc en cas de défaut de cache Correspondance directe : Pas le choix, seul le bloc testé est remplacé. Associativité totale ou par ensemble : Le hasard : génération d un numéro de bloc aléatoire. Le plus ancien : LRU, le bloc remplacé est celui qui n a pas été utilisé depuis le plus longtemps. Le hasard est le plus facile à implémenter par matériel. Le coût du LRU croit avec le nombre de blocs à observer. CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire

12 Les écritures Les lectures dominent les accès au cache : Les accès aux instructions et à leurs opérandes s effectuent en lecture. 9% des instructions font des rangements en mémoire. Deux politiques d écriture existent : L écriture ou rangement simultané dans lequel l information est écrite dans le cache et dans le niveau inférieur. La réécriture ou recopie ou encore rangement dans lequel l information est écrite uniquement dans le bloc du cache. Le cache modifié est recopié en mémoire principale uniquement lorsqu il est remplacé. CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire

13 Les disques magnétiques Deux types de disques cohabitent aujourd hui : les IDE, SATA et les SCSI. Disque N Mémoire de N ième Niveau CDROM Bus Adresse, Bus data Mémoire de ième Niveau Mémoire de er Niveau Disque 0 Contrôleur IDE/SATA Disque 0 Contrôleur SCSI Bus spécialisé universel série Bus spécialisé vidéo CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 3

14 Les disques magnétiques CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 4

15 Le DMA Les entrées sorties gérées par interruptions libèrent le processeur, mais : Le processeur passe beaucoup de temps à effectuer des instructions de transfert de données. Beaucoup d événements d entrées sorties nécessitent des transferts de blocs La plupart des ordinateurs possèdent un processeur spécialisé qui gère le dispositif d accès à la mémoire : LE DMA (Direct Memory Access : accès direct à la mémoire). CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 5

16 Le DMA Le processeur initialise les registres du DMA en lui envoyant une adresse mémoire et le nombre d octets à transférer. DMA (@, nb) UC Disque MEMOIRE CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 6

17 Le DMA DMA Le DMA transfert les données entre un disque et la mémoire, pendant ce temps, l UC travaille a une autre tache. Le DMA doit être maître du bus. UC Disque MEMOIRE CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 7

18 Le DMA Une fois le transfert terminé, il y a génération d une interruption. DMA UC Disque MEMOIRE CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 8

19 Le DMA Il peut y avoir plusieurs DMA dans un même ordinateur : Il faut dans ce cas avoir un arbitre pour accéder au bus. Les DMA peuvent être plus ou moins intelligents, ils forment alors des processeurs d entrées sorties : Ces processeurs opèrent à partir de programmes fixes, ou de programmes chargés par le système d exploitation. Par exemple : l imprimante LP provoqueraient 4800 interruptions pour imprimer une page de 60 lignes de 80 caractères, un processeur d entrées sorties pourraient éviter 4799 interruptions. Puisque nous parlons de processeurs d entrées sorties capables d exécuter des instructions, nous sommes presque en train de parler de multiprocesseurs. Toutefois ces processeurs n ont pas pour vocation d effectuer que des transferts de données et non des instructions générales. CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 9

20 Les bus C est par eux que s acheminent les informations au travers des machines. Une machine peut en posséder plusieurs dont certains peuvent être spécialisés. Disque N Mémoire de N ième Niveau CDROM Bus Adresse, Bus data Mémoire de ième Niveau Mémoire de er Niveau Disque 0 Contrôleur IDE/SATA Disque 0 Contrôleur SCSI Scanner Souris Carte vidéo Modem ADSL Bus spécialisé universel série Bus spécialisé vidéo CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 0

21 Les cartes vidéo Les cartes vidéo d aujourd hui incorporent des composants intelligents et des processeurs pour la 3D. Disque N Mémoire de N ième Niveau CDROM Bus Adresse, Bus data Mémoire de ième Niveau Mémoire de er Niveau Disque 0 Contrôleur IDE Disque 0 Contrôleur SCSI Carte vidéo Scanner Processeur Vidéo 3D Souris Modem ADSL Bus spécialisé universel série Mémoire vidéo en Mo Processeur Graphique Bus spécialisé vidéo CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire

22 Le processeur Disque N Mémoire de N ième Niveau CDROM Bus Adresse, Bus data Mémoire de ième Niveau Mémoire de er Niveau Disque 0 Contrôleur IDE Disque 0 Contrôleur SCSI Carte vidéo Scanner Processeur Vidéo 3D Souris Modem ADSL Bus spécialisé universel série UC Mémoire vidéo en Mo Processeur Graphique Bus spécialisé vidéo CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire

23 Le processeur Alimentation D0 D Données (Data) Adresses A0 A Dn Read Write An Entrée Horloge CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 3

24 Read / Write R R R3 Rx Reg Inst Décodeur Horloge Révision : Structure d un ordinateur Reg Data Le processeur Bus d adresse E SP CO S E Z NZ C OF Registre d état Bus interne Circuit commande Bus data Add R, R, R3 0 R-Lec 0 UalE-Ecr 03 UalE-Dec 04 R-Dec 05 R-Lec 06 UalE-Ecr 07 UalE-Dec 08 R-Dec CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 4 09 Add 0 UalS-Lec R3-Ecr R3-Dec 3 UalS-Dec Fetch 4 Co-Lec Read Mémoire 8 9 Co-Dec 0 Co++ Reg-Data-syn-Ecr Reg-Data-Lec 3 RI-Ecr 4 RI-Dec 5 Reg-Data-Dec 6 Reg-Data-NSyn 7 R3 R + R BusInt R UalE BusInt Déconnexion UalE Déconnexion R BusInt R UalE BusInt Déconnexion UalE Déconnexion R Commande Ual ADD BusInt UalS R3 BusInt Déconnexion R3 Déconnexion UalS BusInt CO BusInt Synchronisation Bus adresse machine - Bus data machine [Mémoire] Déconnexion Déconnexion Co INC CO (pointe sur instruction suivante) Synchronisation Bus Data machine Reg Data BusInt RegData RI BusInt Déconnexion RI Déconnexion RegData Déconnexion Reg Data Bus data machine Déconnexion - Bus adresse machine

25 Révision numérique Les ordinateurs utilisent des états électriques que nous représentons par des 0 et. Tout est représenté par du binaire, les entiers sont en binaire : représente le nombre décimale 0. Habituellement, nous regroupons les bits par 8 pour former un octet. Cela permet de stocker un caractère car 8 bits permettent 56 combinaisons différentes ce qui est assez pour les jeux de caractères. CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 5

26 Révision numérique Les bits sont numérotés de droite à gauche. On commence la numérotation par la valeur 0 Pour passer du binaire au décimal, on multiplie la valeur du bit (0 ou ) par la puissance de donnée par son numéro. Le bit le plus à droite (bit 0) a pour poids : 0 Le bit a pour poids : Le bit a pour poids : Et ainsi de suite Nous avons donc successivement les valeurs suivantes : X x CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 6

27 Révision numérique Pour obtenir la valeur décimale d une représentation binaire, il suffit de faire l addition des différents bits multipliés par leurs poids (puissance de ). Exemple : = 0* 0 +* +0* +* 3 +0* 4 +0* 5 +* 6 +* 7 + 0* 8 +* 9 +* 0 +0* +* +* 3 +0* 4 +* 5 = = *0+*+0*4+*8+0*6+0*3+*64+*8+0*56+ *5+*04+0*048+*4096+*89+0*6384+* CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 7

28 Révision numérique En principe, vous êtes supposés savoir faire les conversions des valeurs en puissance de de tête : 0 = 8 = /-= 000 = 9 =5 0 +/-= =4 0 = /-= =8 = /-= =6 = =3 3 = 89 6 = 64 4 = = 8 5 = 3768 CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 8

29 Révision numérique Utilisation de la base hexadécimale : => Utilisation de 6 symboles : 0,,, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A ou a, B ou b, C ou c, D ou d, E ou e, F ou f Les valeurs sont les suivantes : H D H D H D E F A B 5 5 C 6 6 D 3 CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 9

30 Révision numérique La notation hexadécimal est intéressante car un seul caractère représente un quartet de bit : B H D B H D A B C D E F 5 CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 30

31 Révision numérique Le passage d un nombre binaire en hexadécimal doit être inné pour les informaticiens. Vous devez être capable de changer de base numéraire facilement du : décimal vers le binaire décimal vers hexadécimal binaire vers décimal binaire vers hexadécimal hexadécimal vers binaire hexadécimal vers décimal Le tout de TETE!!! CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 3

32 Addition binaire : Révision : Structure d un ordinateur Révision numérique = = + 0 = + = 0 retenue de Application des règles habituelles de l addition : = CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 3

33 Révision numérique La représentation d un entier négatif s effectue en utilisant la technique du complément à : Inversion des bits : Addition de : Le complément à de est CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 33

34 Révision numérique Grâce à cette technique, on peut dans un nombre de bits donnés représenter des nombres positifs et négatifs. Le bit de gauche indique alors le signe du nombre, le nombre est négatif, 0 le nombre est positif. Par exemple sur 8 bits : Nombre positif de 0 à 7 ( à 0 ). Nombre Négatif de -8 à - ( à ). Addition de deux nombres de signe opposés : = , retenue de dépassement du format (non utilisée). CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 34

35 Révision numérique On procède comme en décimal pour effectuer une multiplication binaire : 00 * 0 = = 000 CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 35

36 Révision numérique Pour mieux comprendre, en décimal : Soit la multiplication de 4 * 586 => Je divise par le plus petit et multiplie par le plus grand : Je ne garde que les chiffres de la colonne de 57 multiplication par dont la correspondance 0, dans la colonne de division par est impair Le résultat est l addition de ces valeurs :, *586= = 086 CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 36

37 Révision numérique Algorithme de division : 768 / 5 : = = = = Sens de la lecture On multiplie par le diviseur jusqu à obtenir un nombre supérieur au nombre a diviser (800=5*5= 9 *5>768). On prend le nombre immédiatement inférieur et on le soustrait au nombre a diviser. On marque ce nombre par un. On recommence avec le reste de la soustraction jusqu à obtenir un nombre inférieur au diviseur. Les valeurs non marquées par des sont marquées par 0. = 7 Résultat : 0000 reste 7. Soit 768 / 5 = 307, reste 7. CNAM Patrick Arlaud - Jérome Dupire 37