Architecture des ordinateurs Introduction générale

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1 Architecture des ordinateurs Introduction générale Michel Salomon IUT de Belfort-Montbéliard Département d informatique Michel Salomon Architecture des ordinateurs 1 / 10

2 Qu est-ce que l architecture des ordinateurs? Décrire ce qu est un ordinateur n est pas aisé Grande variété d ordinateurs pocket PC ; etc. ; super-ordinateur Rapidité des évolutions technologiques Illustration par la Loi de Moore (1975) Postulait initialement le doublement du nombre de transistors des microprocesseurs tous les 2 ans ; entre 1971 et 2001 doublement tous les 1,96 années ; actuellement, version plus commune : doublement d une grandeur (vitesse, capacité, etc.) tous les 18 à 24 mois Michel Salomon Architecture des ordinateurs 2 / 10

3 Qu est-ce que l architecture des ordinateurs? Décrire ce qu est un ordinateur n est pas aisé (suite) Nombreux principes de base communs à tous les ordinateurs le type et la représentation des informations ; la manière dont les composants internes dialoguent ; etc. L architecture des ordinateurs c est l étude et la description synthétique du fonctionnement des composants internes d un ordinateur Michel Salomon Architecture des ordinateurs 3 / 10

4 Description fonctionnelle d un ordinateur Schéma Un ordinateur manipule des données Un ordinateur réalise les opérations suivantes : le traitement des données ; la mémorisation des données ; le transfert de données ; le contrôle des opérations spécifiées par l utilisateur via des programmes (suite d instructions) Périphériques Transfert de données Unité de controle Controle Unité arithmétique et logique Traitement de données L extérieur Mémorisation de données Mémoire Michel Salomon Architecture des ordinateurs 4 / 10

5 Histoire de l ordinateur Les prémices de l ordinateur Mécanisation du calcul arithmétique machine de Pascal (1642) : addition et soustraction ; machine de Leibniz (1673) : ajoute division et multiplication Construction de machines commandées par des programmes cartons perforés commandant un métier à tisser (1805) La machine analytique de Babbage (1833) Convergence des machines à calculer et commandées Premier calculateur programmable Contient l essentiel des concepts des ordinateurs modernes Les théories mathématiques Système binaire introduit par Leibniz Algèbre de Boole (1854) Turing (1936) énonce les principes d une machine théorique universelle en vue de définir le concept d algorithme Shannon (1938) lie système binaire, algèbre de Boole et signaux électriques Michel Salomon Architecture des ordinateurs 5 / 10

6 Histoire de l ordinateur Naissance de l ordinateur Machines de la période Mise en œuvre des idées de Babbage Machines électromécaniques Exemple : Mark I d IBM (1944) Apparition du premier vrai ordinateur en 1945 l Electronic Numerical Integrator And Calculator Conçu par Eckert et Mauchly à l Université de Pennsylvanie Entièrement électronique Opérations booléennes réalisées dans des circuits électriques via des interrupteurs (tubes à vide) contrôlés électriquement tubes à vide, 30 tonnes et une surface de 72 m 2 Multiplie 2 nombres de 10 chiffres en 3 millisecondes Avant fin 1945 John von Neumann propose l Electronic Discrete Variable Automatic Computer Modèle d ordinateur faisant abstraction du programme Michel Salomon Architecture des ordinateurs 6 / 10

7 Architecture de von Neumann Caractéristiques de l ordinateur : une machine universelle contrôlée par programme ; instructions et données codées sous forme binaire et enregistrées en mémoire ; le programme peut modifier ses instructions qui sont en principe exécutées en séquence ; existence d instructions de rupture de séquence 5 composants essentiels : 1 une mémoire contient instructions et données, 2 une Unité Arithmétique et Logique réalise les calculs ; 3 une Unité de Contrôle ou de commande contrôle les opérations réalisées ; 4 une unité d Entrées 5 une unité de Sorties permettent d échanger des informations avec les périphériques Michel Salomon Architecture des ordinateurs 7 / 10

8 Architecture von Neumann Schéma Mémoire Unité de controle Unité arithmétique et logique Accumulateur Entrées Sorties L unité de contrôle 1 extrait une instruction de la mémoire ; 2 l analyse ; 3 recherche les données en mémoire ; 4 demande l exécution de l instruction dans l UAL ou une E/S ; 5 range le résultat dans la mémoire Michel Salomon Architecture des ordinateurs 8 / 10

9 Architecture des ordinateurs actuels Raffinement du schéma de von Neumann Accès direct à la mémoire par les périphériques On distingue 3 composants : 1 l unité centrale de traitement (Central Processing Unit) ou processeur (on utilise également le terme microprocesseur) 2 la mémoire centrale ou principale Contient programmes et données Deux types de mémoire : mémoire morte (Read Only Memory) - lecture seule mémoire vive (Random Access Memory) - lecture/écriture 3 les interfaces d Entrées/Sorties Lien entre le processeur et les périphériques externes/internes Périphériques : disque dur ; carte graphique ; etc. Composants reliés par un bus de communication Michel Salomon Architecture des ordinateurs 9 / 10

10 Architecture des ordinateurs actuels Schéma Un bus de communication est composé : d un bus d adresses ; d un bus de données ; d un bus de contrôle (ou de commandes) Bus d adresses CPU RAM ROM E/S Bus de données Bus de controle Michel Salomon Architecture des ordinateurs 10 / 10