Architecture des ordinateurs François ANCEAU anceau@cnam.fr htt://lmi17.cnam.fr/~anceau/doc.html TYPES D'ORDINATEURS Ordinateurs "visibles" Ordinateurs personnels et stations de travail (portables et fixes) Ordinateurs "serveurs" Ordinateurs de contrôle de processus Super-ordinateurs Ordinateurs "cachés" (composants électroniques, micro-contrôleurs) Véhicules automobiles, trains, bateaux, avions, fusées, Communications Electro-ménager Horlogerie.. F. Anceau, janvier 2002, Page 2 De loin les plus nombreux!
DES MICROPROCESSEURS PARTOUT! F. Anceau, janvier 2002, Page 3 BOULIMIE DE PUISSANCE DE CALCUL La demande en puissance de traitement semble insatiable on ne distingue pas de limite à court terme les besoins sont loin d'être satisfaits La présence d'ordinateurs cachés dans les objets qui nous entourent a une influence sur l'évolution de la société ils transforment notre relation vis à vis de ces objets ils transforment beaucoup de métiers ils capturent des connaissances et du savoir-faire. ils deviennent indispensables ils permettent l'interconnexion généralisée des individus et des machines F. Anceau, janvier 2002, Page 4
INFORMATION BINAIRE L'information élémentaire est codée en binaire 5V 1 1 0 porte ouverte ou fermée 0V 0 tension électrique vraie 1 fausse 0 proposition 1 0 aimantation Il s'agit d'un codage purement conventionnel (Il peut être inversé!) F. Anceau, janvier 2002, Page 5 POURQUOI DU BINAIRE? Parce que c'est le plus simple à réaliser! Parce que cela suffit! Machines électroniques: codage de tensions électriques: 5V 1 0V 0 (Il a existé des machines ternaires et quaternaires) F. Anceau, janvier 2002, Page 6
A L'INTERIEUR DE L'ORDINATEUR... F. Anceau, janvier 2002, Page 7 LE PROCESSEUR processeur F. Anceau, janvier 2002, Page 8
LE PROCESSEUR C'est le chef d'orchestre de l'ordinateur Il traite l'information Il exécute les programmes Il lance les entrées-sorties C'est un circuit intégré géant: il contient plusieurs dizaines de million de transistors il est dessiné avec des motifs d'une fraction de micron il fonctionne à des fréquences de plusieurs giga-hertz Cette technologie évolue sans cesse F. Anceau, janvier 2002, Page 9 EVOLUTION DE LA COMPLEXITE Loi de MOORE évolution exponentielle! F. Anceau, janvier 2002, Page 10
EVOLUTION DE LA PERFORMANCE Millions d'instructions exécutées par seconde 10 000 1 000 100 10 1 386/16 PPC 750/350 ALPHA/300 PENTIUM II/330 PPC 604/133 ALPHA/150 PENTIUM-PRO/133 PENTIUM/133 PPC 601/66 PENTIUM/66 486/50 486/25 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 PENTIUM 4/1,5G Intel PPC DEC F. Anceau, janvier 2002, Page 11 A L'INTERIEUR D'UN PROCESSEUR 13,8mm Pentium 4: 42 million de transistors motifs de 0,18µm fréquence: de 1,5-2Ghz 15,7mm F. Anceau, janvier 2002, Page 12
EVOLUTION TECHNOLOGIQUE Motifs minimaux ( mm ) 100 10 1 0,1 0,01 1960 1970 1980 1990 2000 2010 apparition des effets quantiques? F. Anceau, janvier 2002, Page 13 COMPLEXITE DU DESSIN D'UN MICROPROCESSEUR Le dessin d'un microprocesseur moderne peut être comparé à celui de la carte d'un pays carré de 1000Km de coté avec des détails de 10 m (ex. routes) F. Anceau, janvier 2002, Page 14
EVOLUTION DU PRIX DES MICROPROCESSEURS Prix par quantité $1 000 Echelle de valeurs (variable) PP200-256K P90 P120 1/10 $100 06/94 12/94 03/94 06/95 09/95 11/95 01/96 04/96 07/96 10/96 01/97 F. Anceau, janvier 2002, Page 15 LA MEMOIRE mémoire F. Anceau, janvier 2002, Page 16
ADRESSAGE MEMOIRE Dans une mémoire, les informations sont rangées les unes à la suite des autres. Ces informations sont numérotées de 0 à la taille maxi de la mémoire. Ce numéro est appelé l'adresse de l'information. Le processeur peut: lire de l'information dans la mémoire (en fournissant une adresse) écrire de l'information dans la mémoire (en fournissant cette information et son adresse) adresse écriture mémoire info lecture F. Anceau, janvier 2002, Page 17 DIFFERENTS TYPES DE MEMOIRES Mémoires électroniques à accès adressé RAM mémoires "statiques" SRAM l'info y reste tant qu'elle est alimentée petites, chères et rapides (10ns) mémoires "statiques" à très faible consommation RAM CMOS mémoires "dynamiques" DRAM l'info s'efface au bout de quelques ms Il faut la réinscrire! grandes et bon marché (256 Mb par puce) mémoires centrales mémoires à lecture seule ROM (gardent l'info en l'absence d'alimentation) effacement électrique EPROM / Flash F. Anceau, janvier 2002, Page 18
LA CARTE GRAPHIQUE Carte graphique F. Anceau, janvier 2002, Page 19 LA CARTE GRAPHIQUE Génère les dessins sur l'écran transforme les informations binaires en images génère des signaux de type "télévision" C'est une sorte d'ordinateur-esclave spécialisé F. Anceau, janvier 2002, Page 20
LE DISQUE DUR Le disque dur est un organe de stockage de grande capacité. Il peut contenir plusieurs dizaines de milliards d'octets. Les informations sont stockées de manière magnétique sur des disques en rotation. F. Anceau, janvier 2002, Page 21 ANATOMIE DU DISQUE DUR Des bras déplacent des têtes d'enregistrement- lecture au dessus des disques magnétiques. Celles-ci volent sur l'air entraîné par les disques en rotation. F. Anceau, janvier 2002, Page 22