Chapitre 2 : Architecture d'un micro-ordinateur

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1 Chapitre 2 : Architecture d'un micro-ordinateur I. Introduction : Le mot "Ordinateur» a été proposé en.. par Jacques PERRET, professeur à la Sorbonne. Un ordinateur est une automatique commandée par.. enregistrés dans sa., II est capable d'effectuer des opérations variées sur les données proposées, à une grande, sans risque. (à condition que les programmes soient corrects). L'utilisateur fournit des..., l'ordinateur effectue sur ces données les.. programmés et restitue les. à l'utilisateur. Tous les ordinateurs doivent être capables d'accomplir trois fonctions principales : Chaque ordinateur est alors composé.. "de traitement" et de plusieurs... Ces derniers se répartissent en périphériques d'informations et en périphériques de..des résultats après traitement. Mais, on trouve également des périphériques qui peuvent accomplir les deux tâches en même temps. Ils sont appelés des périphériques.., d ou l ordinateur peut être schématisé de la façon suivante : 1

2 II. Les différents types d ordinateur Malgré ce même fonctionnement, les ordinateurs sont classés en..grandes catégories selon leur performance et capacité de stockage : 1. Les ordinateurs universels (..) : Ce sont les ordinateurs les plus performants et ayant les capacités les plus grandes. Ils sont utilisés pour les besoins de la recherche des grandes entreprises et surtout de l armée. 2. Les mini-ordinateurs : Ce sont des ordinateurs de performance et de capacité de stockage plus que celles des précédents. Ils sont conçus pour des applications spécialisées comme le contrôle de machines industrielles complexes. 3. Les micro-ordinateurs : C est la catégorie d ordinateurs la plus répondue à cause de leur prix relativement bas. Ils sont de performance et de capacité légèrement plus que les mini-ordinateurs. Ils sont utilisés aussi bien par les entreprises que les particuliers. 4. Les ordinateurs portables : Est un ordinateur intégrant tous les composants dont il a besoin pour fonctionner dans un même boîtier de taille. L avantage d un ordinateur portable par rapport à un ordinateur de bureau est sa.et sa taille. L inconvénient d un ordinateur portable est.. pour des performances légèrement III. A L INTÉRIEUR DU BOITIER CENTRAL :(..) A l intérieur du boîtier central on trouve la qui est une plaque porteuse de tous les composants de l unité centrale. Cette carte contient l unité centrale de traitement appelé aussi microprocesseur (ou processeur), les mémoires internes (mémoire centrale), les autres cartes contrôleurs (carte vidéo, carte son, carte réseau, carte fax-modem, ), ainsi que le système de communication interne qui va assurer la circulation des informations à tous les composants de l ordinateur appelé BUS. 2

3 Schéma descriptif de l unité centrale A. Microprocesseur : 1. Présentation Dit aussi C.P.U. (.) ou encore unité centrale de traitement. Un microprocesseur moderne peut rassembler quelques millions de.. (Circuits électroniques) sur une puce (plaque de silicium) d'environ cinq à six centimètres carrés. Les microprocesseurs sont destinés à interpréter et exécuter rapidement des instructions. Le Pentium d Intel est un exemple de processeur. Généralement, la vitesse de l'ordinateur est mesurée par.. de fonctionnement de son microprocesseur. Cette fréquence est mesurée en et elle est cadencée par..interne du microprocesseur (quartz). Parmi les noms de microprocesseurs les plus connus, on peut citer les de Motorola pour le Macintosh et d'intel pour les compatibles PC. (Pour voir les différentes générations des microprocesseurs de INTEL voir livre page 27) Les microprocesseurs sont généralement composés de trois unités fonctionnelles : Une unité arithmétique et logique, des registres et une unité de contrôle. (1) L'unité arithmétique et logique ( ) Permet d'effectuer les opérations Arithmétiques : Comparatives :.. Logiques :. (2) Les registres Sont des zones de stockage temporaires qui conservent les données, sauvegardent les instructions, ainsi que les résultats des opérations qui sont en cours de traitement. 3

4 (3) L'unité de contrôle (U.C) Remplit trois tâches principales : Gère toutes les opérations faites par l'ordinateur; Lit et traduit les configurations des données ; Indique l'ordre dans lequel les opérations sont traitées, ainsi elle calcule le temps que chacune d'entre elles requière à l'unité de traitement. 2. Fonctionnement L activité du processeur peut être décrite comme suit :.Charge, à partir de la mémoire centrale, les instructions à exécuter et les place dans une mémoire caractérisée par un accès rapide aux données appelée mémoire cache de niveau 1. l unité de commande charge l instruction à exécuter, à partir de la mémoire cache, et la décode. Le compteur ordinal (C.O), un registre spécial, pointe sur la prochaine instruction à exécuter. L unité arithmétique et logique exécute l instruction. Les résultats sont stockés temporairement dans des registres spéciaux. Cette suite d étapes s appelle couramment cycle de., cycle qui est au cœur du fonctionnement de tous les ordinateur. B. Les mémoires internes (centrales) : La mémoire est la partie de l ordinateur dans laquelle....sont rangés : c est le principe de la machine de.. Une mémoire est composée d un certain nombre de cellules ou cases. Une cellule sert à stocker de l information. Chaque cellule a un numéro appelé adresse. Généralement, elles se présentent sous forme des circuits électroniques connectés sur la via des connecteurs spéciaux et qui peuvent être déconnectées facilement. On trouve essentiellement ce qui suit : a) La R.O.M : La R.O.M (.: Mémoire à..) : est une mémoire dont le contenu est inscrit de manière définitive par le. Les programmes qui se trouvent dedans, appelé le BIOS ( ) contient le microprogramme servant au de l ordinateur (le bootstrap), le programme de l auto test de mise en marche (POST :..) et éventuellement les différents.. des périphériques (clavier, écran, etc.) C'est en quelque sorte le «savoir inné» de l'ordinateur. De même que le cerveau contient d'emblée, sans apprentissage, les informations qui lui permettent d'assurer le bon fonctionnement de la machine humaine. Les ROM admettent des variantes : Les PROM (.) sont des mémoires livrées par le fabriquant et qui se transforment en une fois qu elles ont été programmées une première fois par l utilisateur. Les EPROM (......), sont des PROM effaçables et programmables. Les EPROM dotées d une cavité en quartz placée sur la puce et qui, exposé à des rayons.. suffisamment forts, fait effacer le contenu de l EPROM. 4

5 Les EEPROM : (......), sont aussi des PROM effaçables par simple... Ces mémoires sont appelées aussi.. (ROM flash). b) La R.A.M : La R.A.M (.. : Mémoire à Accès Aléatoire) est une mémoire à accès en... La R.A.M est une mémoire, dont le contenu (à la différence de la R.O.M), se perd dès que la machine n'est plus sous tension électrique. Initialement vierge, la mémoire vive est à la disposition de l'utilisateur pour stocker, d'une manière transitoire,..à traiter et.. de traitement. C'est une mémoire de travail qui contient à la fois «la recette et les ingrédients». La vitesse d accès à la RAM est beaucoup rapide que l accès à la ROM. Durant les années 80, la mémoire RAM se présentait sous la forme des circuits intégrés implantés directement sur la carte mère. Depuis la fin des années 80, la mémoire vive se présente exclusivement sous la forme de petites cartes d extension, appelés Barrette mémoire. On distingue les barrettes mémoire SIMM30, SIMM72 et Les barrettes DIMM utilisées actuellement. c) La mémoire cache : C'est une mémoire à temps d'accès très comparé à celui de la RAM. Elle est de type SRAM (.. : vitesse d accès de 25 nanosecondes) c'est-à-dire que sont contenu, contrairement à celui de la RAM, n a pas besoin d être rafraîchi d où sa rapidité, mais elle est coûteuse. La RAM est de type DRAM (.. vitesse d accès 70 à 100 ns). La mémoire cache s'intègre entre le C.P.U. et la RAM pour améliorer...des informations entre ces deux derniers. On distingue : Cache de niveau 1 : mémoire intégrée au processeur. (8 Ko pour les code et 8 Ko pour les données Cache de niveau 2 : installée sur la carte mère entre l unité centrale et la RAM. ( ) d) La mémoire C.M.O.S : C'est une mémoire volatile à taille réduite, alimentée par une (batterie). Elle permet l'enregistrement.. (SETUP) du démarrage du système (tel que la date, l'heure, les types de périphériques, le mot de passe,...). e) La mémoire flash La mémoire flash est une mémoire à semi-conducteur, non.. et... La mémoire flash est très pratique en raison de sa bonne vitesse d accès, sa grande durée de vie et de sa faible consommation. C. Les bus : Le bus est le système de communication central d'un ordinateur, il est composé essentiellement par des circuits intégrés, des connecteurs et des fils conducteurs. Pour simplifier les choses, on peut le représenter comme un ensemble de conducteurs parallèles servant au transfert d'informations entre les composants d'un ordinateur. Il peut être comparé à une autoroute reliant les différentes parties du système informatique pour échanger des données. En général supervisé par le microprocesseur, un bus est souvent spécialisé dans le type d'information qu'il transfert. 5

6 On distingue 3 sortes de bus selon la tache de chacune : Bus de données : Il permet la circulation de données de et vers le microprocesseur. Bus d adresse : Il permet d identifier un emplacement en mémoire vers lequel on veut accéder. Bus de contrôle : Il permet d assurer que chaque partie du système utilise bien la partie d autoroute qui lui est réservée et spécifier l opération de : Lecture ou écriture en mémoire. Demande d accès au bus. Validation de cette demande. Les bus se distinguent également par : le nombre de bits qu'ils transportent en parallèle. Un bus de 8-lignes véhicule 8 bits ( octet) à la fois tandis qu'un bus de16-lignes transporte... Un bus de 8 lignes (bits) peut adresser une mémoire de.. cellules= cellules Un bus de 16 bits peut adresser une mémoire de cellules= cellules. Les bus d aujourd hui sont de 32 bits pour les bus d adresse et de 64 bits pour les bus des données. La technologie 64 bits( tous fonctionne à 64 bits ) n a pas encore dominé le marché. La fréquence de fonctionnement est exprimée en MHz. Cette fréquence nous permet de calculer le débit d informations qu il peut véhiculer. Débit= Fréquence * nombre de lignes Exemple : soit un bus de 100 MHz et 32 bits.... =... = Mo/s 6

7 D. Autres composants de l'unité centrale : 1. Les adaptateurs (les cartes d'extension) : Ce sont des cartes d'extension qu'on appelle également des cartes contrôleurs ou simplement des interfaces. Ce sont des cartes électroniques implémentées sur la carte mère. Certaines cartes peuvent contrôler plusieurs périphériques en même temps. Parmi ces cartes, on peut citer: a) Carte graphique Initialement, la carte graphique servait uniquement à traiter l affichage. Avec la généralisation de la 3D (affichage en 3 dimensions), la carte graphique est équipée de son propre processeur pour le traitement et les calculs 3D soulageant ainsi le processeur principal. Elle est caractérisée surtout par sa mémoire vidéo (8 Mo, 32 Mo, 64 Mo à 1 Go et plus) b) Carte son : La carte son transforme un PC en une machine de traitement sonore/musical en convertissant les signaux analogiques en signaux numériques et inversement. Elle utilise un.. pour entrer le son et des enceintes acoustiques ( ) pour sortir le son. c) Carte réseau: La carte réseau permet la connexion d'un ordinateur sur un réseau local accéder à des ressources partageables. La carte s'occupe alors du transfert des données entre l'ordinateur et le système de communication du réseau. d) Carte contrôleur de disques (disquette, disque dur, CD-ROM) Cette carte permet le contrôle de la lecture et de l écriture des données sur les disquettes, disques durs, Cd, etc. 2. Le modem : En général, on utilise un modem entre deux ordinateurs pour échanger des données à travers le réseau téléphonique. Mais le modem actuel permet également l'accès à Internet, la gestion de la communication téléphonique à partir d'un ordinateur, les connexions par télécopie et par Minitel. Modem (Modulateur démodulateur), est un convertisseur analogique/numérique. Il permet de transformer les informations analogiques en des informations numériques compréhensible par un système informatique, et inversement. Le modem peut être interne ou externe (par rapport au boîtier central de l'ordinateur), mais 1e plus intéressant, est de connaître sa vitesse de transfert de données. Les débits les plus connus sont Les ports : Ce sont des circuits servant à l'entrée ou à la sortie de données, ils assurent la communication avec l extérieur. On trouve généralement les ports séries (nommé: com), et les ports parallèles (nommés : LPT). a) Ports séries : Le transfert d'information sur un port série se fait dans une seule ligne, bit par bit et en série L'avantage de cette technologie est que le transfert est très..t même si le câble est assez long. L'inconvénient en est un transfert... 7

8 b) Ports parallèles : Le transfert à travers un port parallèle se fait sur un câble à plusieurs lignes en parallèle. Le transfert d'informations est assez rapide par rapport aux ports série. Un port parallèle est souvent utilisé par des périphériques comme imprimantes et les scanners c) Port USB Les ports USB (...., ports séries universels) sont, comme leur nom l'indique, basés sur une architecture de type série. Il s'agit toutefois d'une interface entrée-sortie beaucoup plus rapide que les ports séries standards. Le port USB2 peut aller jusqu à 400Mbps. De nos jours, de plus en plus de périphériques se branchent sur des ports USB : imprimante, scanner, etc. d) Fire-wire ou IEEE 1394 : Le bus IEEE1394 a été mis au point à la fin de 1995 fourni un système d interconnexion permettant à faire circuler des données à haut débit en temps réel. Ces types de ports n est pas très répandis et n occupent que certains ordinateurs. 8

9 IV.A L EXTERIEUR DU BOITIER CENTRAL Tous ce qui entoure l unité centrale est appelé., ce sont des organes d entrée et de sortie qui permettent le dialogue entre l utilisateur et le micro-ordinateur. On distingue trois types de périphériques : A. Périphériques d'entrée : Ces périphériques permettent d'entrer des données, des commandes et des programmes qui seront gérés par l'unité de traitement. Ces données, quelles que soient leur nature, sont traduites en formes identifiables par l'ordinateur (.) 1. Le clavier : Ressemblant à un clavier d'une machine à écrire, le clavier est considéré comme le périphérique d'entrée principal. Tous les claviers d'ordinateur comportent un jeu standard de caractères imprimables, disposés suivant une normalisation de dactylographie (française : ou anglaise: ). On y trouve aussi, un. et une rangée de touches de. Certaines touches (CTRL, ALT, shift, capslook, etc.) servent à modifier la signification des autres touches (on les appelle aussi, les touches de..). D'autres touches peuvent servir à piloter les programmes ou à se déplacer dans un texte ou à déplacer le curseur à l'écran (appelées..) 2. La souris : La souris est un dispositif de pointage. Il est indispensable pour tous les environnements graphiques. Une souris est constituée d'une boite à fond plat, conçue pour être prise d'une seule main, d'un ou de plusieurs boutons sur la partie supérieure, d'un capteur directionnel (en général une boule) sur la partie inférieure, et d'un câble de liaison avec l'ordinateur. En déplaçant la souris sur une surface plane (un bureau par exemple), l'utilisateur dirige un.. sur l'écran. Pour sélectionner des éléments ou choisir des commandes, on presse un des boutons de la souris, action que l'on appelle un «.». Il existe d'autres variétés de souris telle que la souris sans fil (utilisant le rayon infrarouge pour communiquer avec l'ordinateur). 3. TrackBall : C'est une souris particulière. Pour déplacer le pointeur sur l'écran, on n'a pas besoin de déplacer le TrackBall sur le bureau comme dans le cas d'une souris classique. Mais, la boule sera manipulée par les doigts en gardant le TrackBall immobile. 4. Le scanner : Le scanner est un périphérique d'entrée utilisant des capteurs sensibles à la lumière pour balayer les données imprimées sur papier ou sur un autre support. Les zones claires et sombres (ou les couleurs) du papier sont alors converties en signaux numériques. Ceux-ci pourront ultérieurement être confiés à un logiciel de reconnaissance optique de caractères. 5. Microphone : Périphérique d'entrée d'information sous forme sonore. Il est connecté à une jouant le rôle d'interface entre microphone et ordinateur. 9

10 6. Manette de jeux (joystik) : C'est un pointeur qu'on utilise généralement pour les jeux vidéos. Elle présente beaucoup plus de boutons que la souris ou le TrackBall. 7. Caméra vidéo : La caméra vidéo permet de capter des images réelles et de les numériser afin d'être traitées par l ordinateur. 8. Lecteur code à barre : Presque tous les produits qui se trouvent sur le marché, portent un code sous forme de barres, fixant toutes les informations sur ces produits (prix, quantité, fabriquant,...). Pour décoder ces barres, on doit utiliser un lecteur spécial de code à barre (ressemble beaucoup à un scanner à main). 9. Appareil photo numérique : C'est un vrai appareil photo numérique sans film car il est équipé d'une mémoire (.) pour enregistrer les photos. Pour transférer les photos vers l'ordinateur, on doit brancher l'appareil à ce dernier, grâce à un connecteur. B. - Périphériques de sortie : Ces périphériques permettent de recevoir les résultats des manipulations de données effectuées par l'ordinateur. La plus courante des unités de sortie est... a) Écran : Il est généralement équipé d'un tube cathodique ou CRT (..), comme un téléviseur, mais il peut être plat (sans tube cathodique) dans certaines nouvelles générations d'ordinateurs. Les ordinateurs portables utilisent maintenant des écrans plats à cristaux liquides ou plasma (LCD : Liquid Crystal Display). Un écran est caractérisé par : Sa taille : c est la longueur de la diagonale de sa partie affichable. Sa résolution graphique : nombre de points lumineux (pixel : Picture Element) sur l horizontale et la verticale de l écran. La carte graphique: L'interface entre l'écran et l'ordinateur est la carte graphique qui se charge de l'affichage. Elle est responsable de la visibilité et de la netteté de l'image.. b) Imprimante : Périphérique permettant de transférer des textes ou des images sur du papier ou sur des feuilles de transparent. Après le clavier, la souris et l'écran, indispensables au fonctionnement de l'ordinateur, l'imprimante joue un rôle important puisqu'elle va imprimer le résultat final d'un traitement fait par l'ordinateur, définitivement sur le support adéquat. Types d'imprimantes : On peut classer les imprimantes selon plusieurs critères. La classification la plus répandue est relative à la technique d'impression. 10

11 Les imprimantes matricielles à aiguilles (avec impact) : Elles sont encore commercialisées, grâce à leurs prix raisonnables, leur faible consommation, et surtout à leurs possibilités d'imprimer sur plusieurs papiers à la fois (papier + carbone). La tête d'impression est formée d'une matrice de points (9 ou 24 aiguilles) qui frappent un ruban encreur déroulant pour former des caractères sur le papier. Les imprimantes à jet d'encre : Ce sont également des imprimantes matricielles qui utilisent un procédé d'impression sans impact à la différence des imprimantes à aiguilles. Le principe d'impression consiste à projeter directement sur le papier des gouttelettes d'encre à travers des gicleurs pour former les caractères. Les gicleurs sont rassemblés dans une tête d'impression qui peut se translater sur la largeur du papier Les imprimantes laser : L'impression sur ce type d'imprimante est semblable à celui d'un photocopieur. Un faisceau laser très fin contrôlé par un système de miroirs va fixer la poudre d'encre sur le papier, d'une façon très précise, pour former des caractères ou des graphiques. Remarques : La qualité de l'impression est toujours décrite par le terme de «.». Par résolution, on entend le nombre de points imprimés sur une certaine unité de mesure de surface. Généralement on utilise l'unité "dpi :.. " (points par pouce). La vitesse d'impression est exprimée par l'unité : CPS :.. pour les imprimantes relativement.. PPM :.. pour les imprimantes relativement.. c) Haut-parleurs Ce sont des enceintes qui permettent l amplification du son. Elles sont caractérisées par leur puissance maximale de sortie, mesurée en. d) Vidéo Projecteur Utilisé fréquemment dans l'e.a.o (Enseignement Assisté par Ordinateur) et les conférences, la vidéo projection permet de projeter 1e contenu de l'écran sur des dimensions plus grandes. Généralement, il est caractérisé par le porté de la projection, ainsi que par les dimensions de l'image produite. C. Périphériques d'entrée et de Sortie : Ce sont des périphériques utilisés pour entrer des informations dans l'ordinateur ou d'en recevoir des résultats. Ils permettent le transfert des informations dans les deux sens (vers et à partir de l'ordinateur). a) Les mémoires de masse (mémoires auxiliaires) : Pour stocker les informations de façon indépendante de l'état de l'ordinateur (hors ou sous tension), les mémoires auxiliaires permettent la sauvegarde d'une grande quantité d'informations d'une façon quasi permanente. De plus, ces supports de stockage peuvent être transportés d'un ordinateur à un autre. 11

12 Les mémoires de masse les plus utilisées sont : (1) La disquette (disque souple) : Formée d'un disque souple en polyester magnétisable enfermé dans une jaquette de protection rigide, la disquette est un support de stockage de capacité limitée. Son intérêt vient de sa portabilité et de son faible coût. Plusieurs types et taille de disquettes existent, mais actuellement, les disquettes de format et de capacité sont les plus utilisées. (2) Le disque dur : On ne trouve guère aujourd'hui d'ordinateur personnel qui ne soit pas équipé d'un disque dur. Les applications et les données prennent de plus en plus de place. Elles exigent une mémoire de masse de grande capacité, qui n'oblige pas à changer fréquemment de support (selon le principe des disquettes) lors de chargement d'une application ou d'un fichier.. Le premier disque dur utilisé dans l'univers PC avait une capacité de stockage de 10 Mo; en outre, il était haut de 10 cm, large de 15 cm et long de 20 cm et il pesait environ 5 kg. On trouve aujourd'hui des disques durs dont les dimensions sont celles d'un demi-paquet de cigarettes et dont la capacité dépasse le 1 Go. Un disque dur est caractérisé par :. (3) Les disquelase) :est un support de stockage amovible (..). Alors que toutes les mémoires de masse précédemment évoquées utilisaient des procédés pour lire et écrire, le lecteur CD est un support. C'est un rayon. qui lit les données du CD. Une cellule photo reconnaît à la dispersion du rayon laser si la lumière est réfléchie par une surface plane ou depuis une cavité. L'écriture sur un CD, lorsque cela est possible, s'appelle "." et il faut un pour pouvoir effectuer cette opération. (a) Le CD (.) La capacité de stockage d un Cd dépasse (équivalent à disquettes)., son temps d accès aux données devient progressivement proche de celui d'un disque dur, son prix de revient est assez.. De plus, les CD sont quasiment inusables et offrent de ce fait une sécurité des données et une durée de vie plus longue. Le CD se présente sous plusieurs formes : CD-ROM : CD ne peut être gravé qu'une seule fois, d'où son nom CD-ROM CD-RW : CD Read et Write s est un CD, la gravure multiple d'un même CD est possible. Cd-Audio : un Cd contenant des pistes audio. Cd-Vidéo : un contenant des séquences vidéo. (b) Le DVD ( ): Nouvelle génération des supports de stockage d'informations, ressemble beaucoup à un CD ROM. Un DVD est caractérisé par sa grande capacité de stockage (..) qui lui permet d'enregistrer la totalité d'un film vidéo dont la durée dépasse l'heure. Pour lire un DVD on doit disposer d un.. Pour écrire sur un DVD on doit disposer d un.., ce dernier lit toutes sorte de CD et DVD et grave surs les CDR,CDRW, DVDR et les DVDWR 12

13 (4) La bande magnétique : L'utilisation des cartouches à bande magnétique demeure la solution la plus pratique, pour sauvegarder une quantité d'informations et d'archives très grandes. L'inconvénient majeur de ce type du support est que l'accès aux données se fait de façon séquentielle. (5) La disquette Zip : Il permet la sauvegarde d'une grande quantité de données compressées. Une disquette ZIP peut avoir une capacité de stockage de 100 Mo à 200 Mo et même plus. On a besoin d un lecteur Zip pour pouvoir exploiter ce type de disquettes. 13

14 Placer sur le cahier devant le composant le numéro de l image qui lui correspond Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9 : Fig.10 : Fig.11 : Fig.12 : Fig.13 Fig.14 Fig.15 Fig.16 Fig.17 Fig.18 Fig.19 Fig. 20 Fig.21 Fig.22 Fig.23 Composants d un micro-ordinateur 14

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