Eléments d architecture des ordinateurs

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1 Eléments d architecture des ordinateurs Yves Josse yves.josse@ac-rennes.fr Lycée Chateaubriand PCSI 3 Année IPT (Architecture ordinateurs) Informatique - PCSI 3 Année / 10

2 Plan du cours 1 Structure d un ordinateur 2 Système d exploitation et système de fichiers 3 Traitement et stockage de l information IPT (Architecture ordinateurs) Informatique - PCSI 3 Année / 10

3 Structure d un ordinateur : schéma Qu est ce qu un ordinateur? Ensemble de circuits électroniques qui manipulent des données sous forme binaire (0 ou 1) et qui permet d exécuter des opérations (des calculs) et d interagir avec l environnement par l intermédiaire de périphériques. 1 carte mère 2 processeur (CPU) 3 bus 4 mémoire vive (RAM) 5 carte graphique 6 entrées/sorties 7 disque dur 8 lecteur/graveur de disque 9 alimentation électrique IPT (Architecture ordinateurs) Informatique - PCSI 3 Année / 10

4 Structure d un ordinateur : description de l unité centrale 1 la carte mère est un circuit imprimé sur laquelle on connecte les éléments suivants. 2 le processeur (CPU) permet d effectuer les opérations demandées (calculs). 3 bus : système de communication entre les composants d un ordinateur. 4 la mémoire vire (RAM) stocke les informations des programmes et données en cours de fonctionnement. 5 la carte graphique permet de produire une image pouvant être affichée sur un écran. 6 I/O : dispositifs qui permettent de communiquer avec l extérieur (ports USB...). 7 le disque dur stocke les informations des programmes et les données de bases de la machine. 8 le lecteur/graveur de disque permet de lire ou de graver un CD/DVD ou Blu-ray. 9 l alimentation électrique convertit la tension du secteur en une tension continue. IPT (Architecture ordinateurs) Informatique - PCSI 3 Année / 10

5 Structure d un ordinateur : périphériques Classement des périphériques L interaction avec l ordinateur se fait à partir de périphériques qui peuvent être internes ou externes à l unité centrale. On les classe généralement en trois catégories : Les périphériques d entrées qui fournissent des informations ou données au système informatique : clavier (11), souris (12), scanner, micro, webcam... Les périphériques de sortie qui font sortir des informations du systèmes informatique : écran (10), imprimante, hauts-parleurs... Les périphériques d entrée-sortie qui opèrent dans les deux sens : lecteur de disque, clé USB, carte son, carte réseau... Interaction avec la carte mère Les périphériques sont reliés à des connecteurs appelés ports (USB, Série, Ethernet, HDMI, PCI, SATA, LAN, VGA, DVI, prises écouteurs et micro). Pour reconnaître les composants l ordinateur doit disposer d un programme ou pilote. Ce pilote est installé à partir du système d exploitation. IPT (Architecture ordinateurs) Informatique - PCSI 3 Année / 10

6 Le système d exploitation Description du système d exploitation (Operating System : OS) Programme central qui contient les programmes de bases nécessaires au bon fonctionnement des applications de l ordinateur. Les systèmes d exploitation classiques sont Windows, MacOS, Unix, GNU/Linux sur les ordinateurs et Android, I-OS et WindowsPhone sur les smartphones et tablettes. Rôles du système d exploitation Identifier les utilisateurs et y associer des droits ; Gérer l organisation du disque dur et des fichiers ; Allouer les ressources physiques de l ordinateur (temps, mémoire...) aux différents programmes en cours d exécution ; Faciliter l utilisation des périphériques... Remarque : en amont du système d exploitation, il existe le BIOS (Basic Input/Output System), qui est le programme basique servant d interface entre le système d exploitation et la carte mère. Le BIOS est stocké sur la carte mère. IPT (Architecture ordinateurs) Informatique - PCSI 3 Année / 10

7 Système de fichiers Objectif Le système de fichiers constitue le standard d écriture et d organisation des données (création de dossiers, copier, coller, supprimer,déplacer...) sur les supports de stockage de masse (disques durs, clé USB...). Il existe un grand nombre de standard gérer par les différents systèmes d exploitation : FAT32 (USB), NTFS (Windows), HFS (Mac).... Principe Les fichiers présents sur le disque dur sont organisés par dossiers. Un dossier peut lui même appartenir à un autre dossier (dossier parent/dossier enfant), ce qui crée ce qu on appelle l arborescence des fichiers (à partir de la racine C : sous windows ou / sous mac et linux). Le chemin d un fichier est la suite de répertoire à ouvrir. Gestion des utilisateurs Les fichiers ont un propriétaire. Les utilisateurs ont des droits plus ou moins étendus (écriture, lecture, exécution) suivant leur appartenance à un groupe : administrateur ou root ou superuser, utilisateur de base, groupe d utilisateur plus ou moins vaste, tout le monde. IPT (Architecture ordinateurs) Informatique - PCSI 3 Année / 10

8 Codage numérique de l information Conversion de l information Une information est codée en binaire, ce qui veut dire qu elle est traduite en une suite de 0 ou 1. Un bit est donc un symbole qui peut prendre la valeur 0 ou 1. L information peut être de nature très distincte (textes, sons, images, vidéos...). Codage d une information élémentaire : un bit (BInary DigiT) Le support matériel (couche physique) de l information binaire 0 ou 1 est très divers : 0 ou 5 V aux bornes du microprocesseur ; état actif d une porte logique sur une clé USB ; orientation d un moment magnétique sur un disque dur ; présence ou absence d un trou sur un cd/dvd/blu-ray... IPT (Architecture ordinateurs) Informatique - PCSI 3 Année / 10

9 Calculs numériques Description du microprocesseur Le microprocesseur est l unité de calcul et de traitement de l information. Il est constitué : d une unité arithmétique et logique (UAL) constituée de portes logiques et capable de fournir le résultats de diverses opérations. d un ensemble de registres : mémoires permettant de stocker les instructions à réaliser. d une unité de contrôle (décode les instructions et commande l UAL) Chacune des opérations est déclenchée par le signal d horloge. C est ce signal (en Hertz) qui caractérise la rapidité du processeur (quelques GHz). Critère de performances des microprocesseurs la fréquence de l horloge qui cadence les opérations (GHz) le nombre de cœurs (nombre de processeurs inclus dans la puce) La largeur des données gérées par l UAL (64 bits ou 32bits) la consommation énergétique IPT (Architecture ordinateurs) Informatique - PCSI 3 Année / 10

10 Structure de la mémoire Organisation de la mémoire La mémoire est organisée sous forme d un tableau de cases mémoires à 1 bit, d une largeur d un octet (8bit). Chaque ligne est une donnée accessible par une adresse unique (codée en binaire). La case mémoire d adresse 1002 possède le contenu 17. On a donc besoin d un contrôleur de mémoire qui utilise un plan pour connaître l adresse et l emplacement de la mémoire, afin d aller lire ou écrire l information dans la case mémoire concernée. Unité de la mémoire Une case mémoire, appelée byte, correspond généralement à un octet (8 bits). L approximation conduit aux unité suivantes : 1 Ko=2 10 octets=1024 octets=1 kilooctet 1 Mo=2 20 octets= octets 1 Go=2 30 octets= octets 1 To=2 40 octets= octets IPT (Architecture ordinateurs) Informatique - PCSI 3 Année / 10