IFT-17583 Structure interne des ordinateurs Section B Pierre Marchand, 2001, tous droits réservés Qui suis-je? Jacques Tang Bureau : xxxx du pavillon Adrien-Pouliot Téléphone : 656-2131, poste Courriel : jacques.tang@ift.ulaval.ca Pierre Marchand Bureau : 3958 du pavillon Adrien-Pouliot Téléphone : 656-2131, poste 7409 Téléavertisseur : 1-888-757-8077 Télécopieur : 656-2324 Courriel : marchand@ift.ulaval.ca Page web pour le cours: www.ift.ulaval.ca/~marchand/ift17583 Pierre Marchand, 2001 2 1
Objectifs Pourquoi étudier la structure interne des ordinateurs??? Pour être en mesure de conseiller votre employeur ou vos clients sur le matériel informatique le plus approprié. Pour mieux comprendre l ordinateur, mieux le programmer et mieux le déboguer. Pierre Marchand, 2001 3 Plan Historique et présentation générale Représentation interne des informations Données non numériques Données numériques: Entiers positifs ou nuls Entiers négatifs Nombres fractionnaires Circuits logiques Logique combinatoire Logique séquentielle Pierre Marchand, 2001 4 2
Plan Mémoires Mémoire centrale Mémoire cache Mémoire auxiliaire Unité centrale de traitement Superordinateurs et microprocesseurs Entrées / Sorties Téléinformatique et réseaux Systèmes d exploitation Pierre Marchand, 2001 5 Plan Assembleur Architecture du Pentium Outils de programmation Types de données Structures de contrôle Instructions de base Instructions arithmétiques Conversions La pile Interruptions Assembleur standard, directives d assemblage et macros. Pierre Marchand, 2001 6 3
Évaluation Examens Examen 1 - le samedi 17 mars 2001, de 9h00 à 12h00, portant sur les unités 1 à 7 inclusivement et comptant pour 30% de la note finale Examen 2 - le samedi 28 avril 2001, de 9h00 à 12h00, portant sur les unités 1 à 13, mais principalement sur les unités 8 à 13 et comptant pour 40% de la note finale. Les examens sont à livre ouvert. Pierre Marchand, 2001 7 Évaluation Travaux pratiques Quatre travaux pratiques comptant pour 7,5% chacun. 1 er Travail : 2 février 2001 2 e Travail : 3 mars 2001 3 e Travail : 2 avril 2001 4 e Travail : 28 avril 2001 Pierre Marchand, 2001 8 4
Bibliographie Manuels obligatoires Architecture et technologie des ordinateurs, 3 e édition, P. Zanella et Y. Ligier, Dunod, 1998. ISBN: 2-10-003801-X. Supplément par P. Marchand Autres manuels recommandés Structure interne des ordinateurs, Bui Minh Duc, Zeus, 1999. ISBN: 2-9805737-0-1. Structured Computer Organization, 4th Edition, A.S. Tanenbaum, Prentice-Hall, 1999. ISBN: 0-13-095990-1. Pierre Marchand, 2001 9 Bibliographie Pour l assembleur: The 80x86 IBM PC and Compatible Computers (Volumes I & II) Assembly Language, Design and Interfacing, 2nd Edition. M.A. Mazidi, J.G. Mazidi, Prentice-Hall, 1998. ISBN: 0-13-758509-8. Introduction to Assembly Language Programming. S. P. Dandamudi, Springer-Verlag 1998. ISBN : 0-387-98530-1 Pierre Marchand, 2001 10 5
Bibliographie Autres Computer Organization and Architecture, 4th Edition, W. Stallings, Prentice-Hall, 1996. ISBN: 0-13-359985-X. Computer Organization & Design, 2nd Edition, D.A. Patterson & J. L. Hennessy, Morgan Kaufmann, 1998. ISBN: 1-55860-428-6. Architecture des ordinateurs, I. Dancea et P. Marchand, Gaëtan- Morin, 1992. ISBN: 2-89105-438-5. Pierre Marchand, 2001 11 Formule pédagogique Cours Les mardis : Structure interne Les jeudis : Assembleur à compter de la 4 e semaine. Travaux Dépannages : à déterminer Pierre Marchand, 2001 12 6
Formule pédagogique Page Web Guide Supplément FAQ Exercices Travaux et examens Pierre Marchand, 2001 13 Objectifs: À la fin de cette unité : - vous aurez pris connaissance de l'évolution phénoménale de l'ordinateur depuis ses débuts. - vous connaîtrez l'origine des différents systèmes de numération utilisés de nos jours : binaire, décimal, sexagésimal; - vous comprendrez pourquoi on utilise encore le binaire en informatique; - vous connaîtrez les composantes essentielles de la Machine de von Neumann. Pierre Marchand, 2001 14 7
Objectifs Vous aurez également une vue d'ensemble de l'organisation générale d'un ordinateur. Pour y arriver, vous devez maîtriser les objectifs suivants : - décrire les différents types de réseaux informatiques; - définir ce que sont une unité centrale de traitement (CPU), une mémoire centrale, une unité de commande, une unité arithmétique et logique, des unités d'entrée/sortie, des unités périphériques; - expliquer pourquoi on utilise un code de 7 à 8 bits pour représenter les caractères; - expliquer ce qu'est une cellule de mémoire, un mot mémoire, une adresse, un registre; - décrire les unités de capacité d'une mémoire : K, M, G, T et P, et les unités de mesure de temps très courts : ms, µs, ns, ps. Pierre Marchand, 2001 15 1. Historique Lire le chapitre 1 du livre de Zanella et Ligier. Lire la page Historique sur le site Web. 2. Présentation générale 2.1 Ordinateur et informatique Ordinateur / computer Système informatique = ordinateur + logiciels Pierre Marchand, 2001 16 8
2.2 Principaux éléments d un ordinateur Unité centrale Cédérom ou DVD Disque dur Disquette Clavier Souris Écran ou projecteur Modem Scanner Carte de son Images et vidéo Fax modem Ports SCSI, USB, etc. Pierre Marchand, 2001 17 Réseaux WAN MAN LAN WWW (Internet) Pierre Marchand, 2001 18 9
2.3 Valeurs et acteurs de référence Unités de mesure de capacité Kilo = 10 3 2 10 = 1024 Méga = 10 6 2 20 = 1 048 576 Giga = 10 9 2 30 = 1 073 74 824 Tera = 10 12 2 40 = 1 099 511 627 776 Peta = 10 15 2 50 = 1 125 899 906 842 624 Unités de mesure de temps ms = milliseconde = 10-3 s = 0,001 s µs = microseconde = 10-6 s = 0,000 0001 s ns = nanoseconde = 10-9 s = 0,000 000 001 s ps = picoseconde = 10-12 s = 0,000 000 000 001 s Pierre Marchand, 2001 19 Quelques éléments typiques d un ordinateur personnel (disque dur, ) 250 MB à 10 GB Intel : Pentium SGI-MIPS: R10000 Sun: UltraSparc Motorola-IBM-Apple: PowerPC 200-500 MHz CPU b : bit B : Byte (= octet = 8 bits) bps : bits par sec Mbps : mégabits par sec MB ou Mbytes ou Mo Stockage Mémoire RAM 32 à 256 MB Ordinateur Réseau Logiciel Ethernet: 10 Mbps Fast Ethernet; 100 Mbps FDDI: 100 Mbps ATM: 155-622 Mbps Gigabit Ethernet : 1 Gbps Bus SCSI: 4 Mbps Firewire : 400 Mbps Systèmes d exploitation Navigateur Internet Pierre Marchand, 2001 20 10
Loi de Moore Transistors 10 9 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 8080 4004 8086 Pentium III, Itanium Pentium Pro Pentium IV 80486 80286 Pentium 80386 1970 75 80 85 90 952000 05 Pierre Marchand, 2001 21 Loi de Moore DRAM (bits) 10 9 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 1970 75 80 85 90 952000 05 Pierre Marchand, 2001 22 11
Évolution de la famille Intel Date Microprocesseur Transistors Largeur Bus Fréquence traits (bits) 1971 4004 2 300 10 µm 4 108 KHz 1974 8080 6 000 6 µm 8 2 MHz 1978 8086 29 000 3 µm 16 8 MHz 1982 80286 134 000 1,5 µm 16 10 MHz 1985 80386 275 000 1,0 µm 32 25 MHz 1989 80486 1 200 000 0,8 µm 32 33 MHz 1993 Pentium 3 100 000 0,8 µm 32 100 MHz 1996 Pentium Pro 5 500 000 0,32 µm 64 200 MHz 1999 Pentium III 9 500 000 0,25 µm 64 1,13 GHz 2000 Itanium 15 000 000 0,18 µm 128? 2001 Pentium IV? 0,18 µm 64 > 1 GHz Pierre Marchand, 2001 23 Principaux acteurs du monde de l informatique Microsoft Oracle Netscape Réseau (Networking) Cisco 3Com Bay Networks Novell Logiciel (Applications) Traitement (Computing) Intel IBM SGI Motorola Sun HP NEC Hitachi Fujitsu Apple Pierre Marchand, 2001 24 12
2.3 Valeurs et acteurs de référence Que sera l ordinateur de demain? Quel sera le rôle des Network Computers? Ordinateurs optiques? 2.4 Utilisation des ordinateurs Programmes système : fonctions de base de l ordinateur Programmes d application Calcul scientifique Gestion Conduite de processus Système d exploitation Pierre Marchand, 2001 25 2.5 Développement de logiciel Cycle de vie du logiciel Compréhension du problème Spécification du système Conception Programmation Tests et validation Entretien ou maintenance Documentation en parallèle Programme, algorithme Langages de programmation Compilation, édition de liens et chargement Pierre Marchand, 2001 26 13
2.6 Principes de fonctionnement Ordinateur Unité centrale de traitement Unité de contrôle ou Unité de commande Unité arithmétique et logique ou Unité de traitement ou Unité de calcul Mémoire Cache Instructions Données Mémoire centrale ou principale Unités d entrée/sortie ou d I/O Contrôleur de périphériques Carte réseau Pierre Marchand, 2001 27 Autre représentation Bus de données CPU Mémoire Centrale Unité d E/S Périphériques Bus d adresses Bus de contrôle Pierre Marchand, 2001 28 14
2.6 Principes de fonctionnement CPU Mémoire centrale Horloge État Reg Adr Reg Mot adresse mot instruction mémoire PC ou CO Décodeur Séquenceur RI résultats Unité de commande Unité de calcul Pierre Marchand, 2001 29 opérandes résultat Unité arithmétique et logique Registres 2.6 Principes de fonctionnement Mémoire centrale Contenu: Instructions Données ASCII Bit Caractère/octet/byte Mot-mémoire = unité d information adressable Adresse Contenu d une adresse Pierre Marchand, 2001 30 15
2.6 Principes de fonctionnement Mémoire centrale Lecture -> l information va vers le processeur Écriture -> l information va vers la mémoire Capacité, exprimée en Ko, en Mo ou en Go, dépend du nombre de bits d adresses. RAM ou mémoire vive, accès aléatoire Registres: registre d adresses, registre de données Mémoire cache Unités d entrée/sortie Unités périphériques Pierre Marchand, 2001 31 16