Objectifs du cours Pour acheter un ordinateur, on doit se poser certaines questions : Quels moyens ai-je? Quels sont les meilleurs ordinateurs au niveau du rapport qualité/prix? Sont-ils fiables? Sont-ils évolutifs? Quels besoins ai-je? il faut pouvoir décrypter les offres... PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 1
Objectifs du cours Comment fonctionne un ordinateur? Quels sont ses composants et leurs caractéristiques? Comment et où l information est stockée? Comment s exécute une instruction? Comment une information passe de la mémoire au processeur, et réciproquement? Comment sont gérées les communications avec l extérieur? PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 2
Le boitier et l alimentation Objectifs du cours Caractéristiques : dimensions nombre d'emplacements report d'entrées/sorties atténuation du bruit Caractéristiques : puissance délivrée nombre de branchements bruit PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 3
La carte mère Objectifs du cours PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 4
Objectifs du cours Branchement des composants sur la carte mère PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 5
Objectifs du cours Emplacements des cartes d'extension sur la carte mère PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 6
Objectifs du cours Les bus de communication de la carte mère PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 7
Caractéristiques d'une carte mère le facteur d'encombrement chipset taille de la carte mère : ATX, microatx... on ne peut pas mettre n'importe quelle carte mère dans n'importe quel boitier contrôleurs des communications sur les bus fréquence, largeur du bus intègrent parfois une carte vidéo, une carte son ou une carte réseau type de support de processeur on ne peut pas mettre n'importe quel processeur sur n'importe quelle carte mère les connecteurs d'entrée-sortie nombre d'emplacement pour les extensions nombre de ports USB... Objectifs du cours PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 8
Le bus d'extension permet de communiquer avec des cartes additionnelles historique 1981 1987 1988 1990 1992 Bus ISA, débit maximum : 16 Mo/s Bus MCA, débit maximum : 20 Mo/s Bus EISA, débit maximum : 33 Mo/s Bus VESA, débit maximum : 133 Mo/s Bus PCI, débit maximum : 266 Mo/s à 4 Go/s bus dédiés à la vidéo 1997 Bus AGP, débit maximum : 266 Mo/s à 2 Go/s 2002 Objectifs du cours Bus PCI express, débit maximum : 250 Mo/s à 8 Go/s PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 9
Les ports d'e/s Objectifs du cours permet de communiquer avec des périphériques externes clavier, souris, imprimante... les normes série parallèle USBv1 USBv2 firewire débit maximum : quelques dizaines de Ko/s débit maximum : 20 Mo/s débit maximum : 12 Mo/s débit maximum : 480 Mo/s débit maximum : 100 Mo/s à 3200 Mo/s PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 10
À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage Processeur mémoire centrale Bios Disques Carte mère contrôleur d entrées/sorties Carte Interface1 Carte Interface 2 Vidéo Ports (USB...) PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 11
Rôle Stocker les informations données calculs intermédiaires programmes À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage Récupérer les informations Où? Comment? PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 12
Caractéristiques de la mémoire À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage Capacité quantité d'information stockable Temps d'accès temps entre la demande d'accès et l'accessibilité Temps de cycle temps entre deux demandes d'accès Débit quantité d'informations transférable par unité de temps Volatilité persistence de l'information PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 13
Types de mémoire À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage Registres Mémoire cache Mémoire vive : RAM (random access memory) accessible en écriture et en lecture volatile Mémoire morte : ROM (read-only memory) accessible en lecture seule persistante Mémoire de masse les disques PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 14
Stockage en mémoire À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage Pour stocker l information, il faut savoir la représenter Pour représenter en mémoire des données ou instructions, il faut les coder exemples de codage alphabets, chiffres (romains, arabes), cryptographie Une fois codée, l information est «stockée» en mémoire centrale PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 15
Codage La plus petite unité d information le «bit» (binary digit), 0 ou 1 (base 2) On groupe les bits par 8 octet (byte, by eight) On groupe les octets par mots selon le processeur/bus de l'ordinateur 2, 4, 8 ou 16 octets On représente par une suite d octets toute information les nombres les caractères les instructions les pixels d une image À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 16
À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage Codage binaire : puissances de 2 1 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 1143 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 10 00 00 01 00 00 00 01 00 00 00 00 01 00 00 00 10 00 00 01 00 00 00 10 00 00 01 00 00 00 10 00 00 01 00 00 00 10 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 11 01 11 PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 17
Codage ASCII Chaque caractère a un «code» unique entier entre 0 et 255 Exemple E 69 x 120 e 101 m 109 p 112 l 108 e 101 À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage 32 64 @ 96 ` 33! 65 A 97 a 34 " 66 B 98 b 35 # 67 C 99 c 36 $ 68 D 100 d 37 % 69 E 101 e 38 & 70 F 102 f 39 ' 71 G 103 g 40 ( 72 H 104 h 41 ) 73 I 105 i 42 * 74 J 106 j 43 + 75 K 107 k 44, 76 L 108 l 45-77 M 109 m 46. 78 N 110 n 47 / 79 O 111 o 48 0 80 P 112 p 49 1 81 Q 113 q 50 2 82 R 114 r 51 3 83 S 115 s 52 4 84 T 116 t 53 5 85 U 117 u 54 6 86 V 118 v 55 7 87 W 119 w 56 8 88 X 120 x 57 9 89 Y 121 y 58 : 90 Z 122 z 59 ; 91 [ 123 { 60 < 92 \ 124 61 = 93 ] 125 } 62 > 94 ^ 126 ~ PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 63? 95 _ 127 18
Codage des caractères Pour coder des caractères on code le caractère en ASCII À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage on transforme le code ASCII en code binaire caractère Ascii décomposition de l Ascii binaire E 69 64 + 4 + 1 01 00 01 01 x 120 64 + 32 + 16 + 8 01 11 10 00 e 101 64 + 32 + 4 + 1 01 10 01 01 m 109 64 + 32 + 8 + 4 + 1 01 10 11 01 p 112 64 + 32 + 16 01 11 00 00 l 108 64 + 32 + 8 + 4 01 10 11 00 e 101 64 + 32 + 4 + 1 01 10 01 01 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 19
Qu est-ce que l adressage? À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage Stocker l information, c est 1. la coder 2. la placer en mémoire : à quel endroit? Récupérer l information, c est 1. la prendre en mémoire : à quel endroit? 2. la décoder Comment désigner un emplacement en mémoire? il faut un système d «adressage» PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 20
Adressage en mémoire À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage 128 MOctets 4(i+1) 4i 4(i-1) L octet d adresse 4i+1 4 0 Le premier octet (d adresse 0) PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 21
Exemple À quoi sert la mémoire? Stockage Codage Adressage 4(i+1) p l e 4i E x e m 4(i-1) 4 0 E 01 00 01 01 x 01 11 10 00 e 01 10 01 01 m 01 10 11 01 p 01 11 00 00 l 01 10 11 00 e 01 10 01 01 4(i+1) 01110000 01101100 01100101 4i 01000101 01111000 01100101 01101101 4(i-1) 4 0 PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 22
Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Processeur mémoire centrale Bios Disques Carte mère contrôleur d entrées/sorties Carte Interface1 Carte Interface 2 Vidéo Ports (USB...) PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 23
Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Mémoire cache niveau 1 Unité de contrôle ALU FPU Registres Unité d'instruction Processeur Mémoire cache de niveau 2 Unité de gestion des entrées/sorties PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 24
Le processeur Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme l'unité de contrôle l horloge (qui séquence les instructions) le pointeur de programme (adresse de l'instruction) le registre d'instruction (codage de l'instruction) le décodeur d'instruction l'unité d'instruction registres (pour stocker des résultats temporaires) unités de calcul l'unité de gestion des E/S la mémoire cache PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 25
Le processeur Les unités de calcul Elles réalisent les opérations arithmétiques UAL : arithmétique entière (+ - /) et logique (et ou non) de base FPU : arithmétique réelle de base Elles disposent de trois entrées (opération, opérande 1 et opérande 2) une sortie (le résultat) Elles s activent quand on leur en donne un ordre x y op UAL FPU Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme x op y PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 26
Le processeur Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme cycle d'exécution du processeur plusieurs étapes déclenchées par l horloge : LI : lecture de l instruction depuis le cache ; DI : décodage de l instruction et des opérandes ; EX : exécution de l instruction ; MEM : accès mémoire (lecture/écriture) si nécessaire ; ER : écriture de la valeur calculée dans les registres. avant : maintenant : PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 27
Le processeur Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme caractéristiques fréquence de l horloge taille des différentes mémoires caches architecture 16 bits, 32 bits, 64 bits ou 128 bits technologies : MMX SSE hyper-threading dual-core PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 28
Codage des programmes (1/2) Programme suite d instructions élémentaires en mémoire, les instructions d un programme sont stockées consécutivement Instruction opération élémentaire réalisée par le processeur codée sur n octets code de l opération code des opérandes Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme le processeur sait décoder l opération et les opérandes PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 29
Codage des programmes (2/2) Exemples ajouter 32 au contenu du registre RD RD RD + 32 ADD RD, 32 0010 1100 00100000 stocker, dans le registre RD, le contenu de la mémoire, à l adresse 71 RD Mem [ 71 ] MV< RD, Mem [ 71 ] 0011 1100 01000111 stocker en mémoire, à l adresse 84, le contenu du registre RD RD Mem [ 84 ] MV> RD, Mem [ 84 ] 0110 1100 01010100 Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 30
Chargement d une instruction (1/2) Rappel : en mémoire, il y a des programmes (un ensemble d instructions) des données Avant le chargement d une instruction la «prochaine» instruction est en mémoire à l adresse définie par le pointeur d instruction Après le chargement le code de l instruction à exécuter est stocké dans le registre d instruction Principe Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme demander au contrôleur mémoire de récupérer la bonne valeur et de la mettre au bon endroit PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 31
Chargement d une instruction (2/2) Processeur Unité de contrôle Décodeur Registres d instructions RI Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Mémoire centrale 0x00000188 PI Unité de gestion des entrées/sorties Contrôleur mémoire BUS PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 32
Décodage d une instruction (1/2) Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Avant le décodage le code de l instruction à exécuter est stocké dans le registre d instruction Après le décodage le décodeur Principe connaît l opération à réaliser sait où se situent les opérandes dans le décodeur, le contenu du registre d instruction est traité par un ensemble de composants électroniques (portes logiques) PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 33
Décodage d une instruction (2/2) Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Unité de contrôle Registres 0010110000100000 RI Processeur Décodeur d instructions 0x00000188 PI ADD RD, 32 --> instruction sur deux octets, réalisée par l'ual PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 34
1. Les grandes lignes Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Avant l exécution le décodeur connaît l opération à réaliser sait où se situent les opérandes Après l exécution les calculs/transferts sont réalisés sur les bons opérandes le résultat a été récupéré au bon endroit Principe récupérer les opérandes transmettre les opérandes au composant qui va réaliser l opération indiquer à ce composant quoi faire PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 35
2. Opération arithmétique Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Unité d'instruction Registres 69 RD RA UAL Unité de contrôle Registres 0010110000100000RI Décodeur d instructions 0x0000018A PI PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 36
3. Lecture depuis la mémoire Unité de contrôle Registres 00101100 00100000 RI Processeur Décodeur d instructions Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Mémoire centrale 0x0000018A PI Unité d'instruction Registres?? RD?? RA Unité de gestion des entrées/sorties Contrôleur mémoire BUS PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 37
4. Écriture dans la mémoire Unité de contrôle Registres 00101100 00100000 RI Processeur Décodeur d instructions Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Mémoire centrale 0x0000018C PI Unité d'instruction Registres 101 RD?? RA Unité de gestion des entrées/sorties Contrôleur mémoire BUS PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 38
Objectifs et présentation Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Modifier la casse d un caractère (E e) Rappel : codes ASCII pour E et e : 69, 101 Solution : ajouter 32 au code ASCII du caractère Programme à exécuter Récupérer la première lettre du mot (à l adresse 4i) La convertir en minuscule Mettre la nouvelle «valeur» en mémoire au même endroit Instructions en mémoire MV RD, MC [ 4i ] ADD RD, 32 MV MC [ 4i ], RD PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 39
1. Chercher E en MC[4i] Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Séquence d exécution Mémoire centrale 0 1 4i E MV RD, MC[4i] 2 MV RD, MC[4i] E 4i RI RD RA 3 MV MC[4i], RD ADD RD, 32 MV RD, MC[4i] Processeur PP PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 40
2. Modifier E en e Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Séquence d exécution Mémoire centrale MV RD, MC[4i] E 4i 3 MV RD, MC[4i] E 4i 4 4i E ADD RD, 32 E 4i 5 ADD RD, 32 e 4i 6 RI RD RA MV MC[4i], RD ADD RD, 32 MV RD, MC[4i] PP PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 41
3. Écrire e en MC[4i] Codage des programmes Exécution d une instruction Exécution d un programme Séquence d exécution Mémoire centrale ADD RD, 32 e 4i 6 ADD RD, 32 e 4i 7 4i ee MV MC[4i], RD e 4i 8 MV MC[4i], RD e 4i 9 RI RD RA MV MC[4i], RD ADD RD, 32 MV RD, MC[4i] PP PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 42
Affichage vidéo Unité de disque Imprimante Processeur mémoire centrale Bios Disques Carte mère contrôleur d entrées/sorties Carte Interface1 Carte Interface 2 Vidéo Ports (USB ) Écran PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 43
Résolution, couleur Affichage vidéo Unité de disque Imprimante L écran se décompose en lignes de pixels picture elements : état colorimétrique d un point Résolution d affichage H lignes W colonnes La couleur d un pixel D octets (R,V,B) 3 octets = 256 3 = 16,3 M de couleurs Les résolutions utilisables dépendent de la quantité de mémoire vidéo des capacités du moniteur Exemple: 1(R) + 1(V) + 1(B) = 3 octets R = 255 V = 000 B = 000 rouge R = 000 V = 255 B = 000 vert R = 255 V = 255 B = 000 jaune PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 44
Caractéristiques Affichage vidéo Unité de disque Imprimante Carte vidéo quantité de mémoire dédiée disponible résolutions disponibles théoriquement qualité différente selon les applications capacités d'accélération 2D/3D rapidité de rendu bus de connexion vitesse de transfert des données entre CPU et GPU Écran résolutions utilisables dimensions temps de réponse clarté/luminosité PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 45
Principe Affichage vidéo Unité de disque Imprimante Câble vidéo Mémoire centrale Carte Vidéo Mémoire vidéo Processeur Unité de contrôle Unité de gestion des entrées/sorties Contrôleur mémoire Contrôleur vidéo Contrôleur d entrée-sortie BUS Sélecteur d adresse PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 46
Affichage vidéo Unité de disque Imprimante Processeur mémoire centrale Bios Disques Carte mère contrôleur d entrées/sorties Carte Interface1 Carte Interface 2 Vidéo Ports (USB...) PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 47
Anatomie Affichage vidéo Unité de disque Imprimante PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 48
Caractéristiques caractéristiques internes capacité Affichage vidéo Unité de disque Imprimante taux de transfert temps de latence vitesse de rotation temps d'accès moyen interface de connexion ATA/IDE débit maximum : 16 Mo/s UDMAdébit maximum : 133 Mo/s SATAv1 débit maximum : 187 Mo/s SATAv2 débit maximum : 375 Mo/s SCSI débit maximum : 5 Mo/s à 640 Mo/s PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 49
Affichage vidéo Unité de disque Imprimante Échange de blocs de n secteurs Mémoire centrale Disque Processeur Unité de contrôle Unité de gestion des entrées/sorties Contrôleur mémoire Contrôleur disque tampon Contrôleur d entrée/sortie BUS Sélecteur d adresse PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 50
Affichage vidéo Unité de disque Imprimante Processeur mémoire centrale Bios Disques Carte mère contrôleur d entrées/sorties Carte Interface1 Carte Interface 2 Vidéo Ports (USB...) périphérique Interface périphérique PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 51
Caractéristiques Technologie imprimante à marguerite Affichage vidéo Unité de disque Imprimante imprimante à ruban imprimante à jet d encre imprimante laser Caractéristiques internes vitesse d impression résolution d impression mémoire interne cartouches PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 52
Affichage vidéo Unité de disque Imprimante Communication avec le processeur papier Imprimante Interface imprimante Processeur Mémoire centrale donnée état contrôle Unité de contrôle Unité de gestion des entrées/sorties Câble externe Contrôleur mémoire Contrôleur d entrée/sortie BUS Sélecteur d adresse PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 53
Quelques sites Une sélection qui vieillira vite... http://www.commentcamarche.net fonctionnement d un ordinateur http://www.01hardware.com pour l assistance sur le matériel http://www.teaser.fr/~spineau/acrodict/ pour les acronymes informatiques http://www.aideonline.com un site d aide en ligne gratuit. http://perso.wanadoo.fr/ameliorer.son.pc/informatique.htm une visite guidée par un «néophyte» PCI PCI 2005 2006 CM 04 Découverte Architecture de matérielle l environnement 54