Cours Info - 1 Architecture Matérielle Bref introduction D.Malka MPSI 2017-2018 D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 1 / 28
Sommaire Sommaire 1 Qu appelle-t-on ordinateur? Introduction Observations externes Définition d un ordinateur 2 Matériel (Hardware) & Logiciel (Software) 3 Codage de l information 4 Architecture matérielle d un ordinateur Vue d ensemble Architecture de von Neumann Le processeur La mémoire Les périphériques La carte-mère Les bus D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 2 / 28
Qu appelle-t-on ordinateur? Sommaire 1 Qu appelle-t-on ordinateur? Introduction Observations externes Définition d un ordinateur 2 Matériel (Hardware) & Logiciel (Software) 3 Codage de l information 4 Architecture matérielle d un ordinateur Vue d ensemble Architecture de von Neumann Le processeur La mémoire Les périphériques La carte-mère Les bus D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 3 / 28
Qu appelle-t-on ordinateur? Introduction Exemples d ordinateur Sont considérés comme des ordinateurs : Un ordinateur de bureau Une tablette numérique Un smartphone Quel(s) point(s) commun(s)? D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 4 / 28
Qu appelle-t-on ordinateur? Observations externes Observations externes De l extérieur, les exemples ordinateurs précédents ont en commun : Une source d énergie (secteur ou batterie) La réception d information de la part de l utilisateur (via le clavier, la souris, le réseau...) L émission d information vers l utilisateur, l écran, le haut parleur, le réseau... Cela définit-il un ordinateur? D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 5 / 28
Qu appelle-t-on ordinateur? Observations externes Observations externes Contre-exemple Une voiture partage ses caractéristiques mais n est pas un ordinateur. Quelle différence entre une voiture et un ordinateur? D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 6 / 28
Qu appelle-t-on ordinateur? Observations externes Observations externes Différence ordinateur/voiture Une voiture recueille et envoie des données mais ne les traite pas. Un ordinateur est une machine qui traite les données. D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 7 / 28
Qu appelle-t-on ordinateur? Définition d un ordinateur Machine de Turing 1937 : Alan Turing définit de façon théorique, la machine (appelé Machine de Turing) suivante : Machine de Turing Une machine de Turing possède un ruban infini sur lequel on a disposé des données. Elle peut lire, traiter et en écrire d autres. Au bout d un certains temps, il se peut qu elle s arrête, on peut alors lire le résultat du calcul sur le ruban. D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 8 / 28
Qu appelle-t-on ordinateur? Définition d un ordinateur Machine de Turing Universelle Machine de Turing Universelle Turing démontre qu on peut construire une machine universelle c est-à-dire capable de simuler toutes les autres. Pour l utiliser, on rentre simplement en entrée la description de la machine à simuler et les données d entrée de cette machine. La description de la machine (ou algorithme) est donc considérée comme une donnée! D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 9 / 28
Qu appelle-t-on ordinateur? Définition d un ordinateur Définition d un ordinateur Qu appelle-t-on ordinateur? Un ordinateur est la réalisation concrète d une machine de Turing Universelle, c est-à-dire une machine traitant des informations et capable d accepter comme donnée d entrée n importe quel algorithme et de l exécuter. D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 10 / 28
Matériel (Hardware) & Logiciel (Software) Sommaire 1 Qu appelle-t-on ordinateur? Introduction Observations externes Définition d un ordinateur 2 Matériel (Hardware) & Logiciel (Software) 3 Codage de l information 4 Architecture matérielle d un ordinateur Vue d ensemble Architecture de von Neumann Le processeur La mémoire Les périphériques La carte-mère Les bus D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 11 / 28
Matériel vs Logiciel Matériel (Hardware) & Logiciel (Software) Matériel : tangible composants de l ordinateur + périphériques ex : processeur Logiciel : intangible ensemble de programmes exécutables ex : système d exploitation Le logiciel pilote le matériel. D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 12 / 28
Codage de l information Sommaire 1 Qu appelle-t-on ordinateur? Introduction Observations externes Définition d un ordinateur 2 Matériel (Hardware) & Logiciel (Software) 3 Codage de l information 4 Architecture matérielle d un ordinateur Vue d ensemble Architecture de von Neumann Le processeur La mémoire Les périphériques La carte-mère Les bus D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 13 / 28
Codage de l information Codage de l information Codage binaire i.e système à 2 états (bit) : noir ou blanc vrai ou faux 0 ou 1 Mathématiquement : algèbre booléen Physiquement : aimantation up/down, courant (tension) nul(le)/non nul(le)... D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 14 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur Sommaire 1 Qu appelle-t-on ordinateur? Introduction Observations externes Définition d un ordinateur 2 Matériel (Hardware) & Logiciel (Software) 3 Codage de l information 4 Architecture matérielle d un ordinateur Vue d ensemble Architecture de von Neumann Le processeur La mémoire Les périphériques La carte-mère Les bus D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 15 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur Vue d ensemble Vue d ensemble http://www.cea.fr/multimedia/pages/animations/technologies/ fonctionnement-ordinateur.aspx D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 16 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur Architecture de von Neumann Architecture de von Neumann Processeur Unité de Contrôle Mémoire à accès direct UAL Bus RAM ROM Périphériques L architecture de Von Neumann est construite autour de la mémoire. D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 17 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur Le processeur Le processeur Fondé sur le transistor (état bloqué/passant) : calcul binaire. 1 milliard de transitors sur 1 microprocesseur moderne! D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 18 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur Le processeur Le processeur Rôle du processeur : responsable de l exécution du programme ordonne à la mémoire et aux périphériques les instructions sont reçus sous forme de mots stockés dans des mini-mémoires : les registres D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 19 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur Le processeur Le processeur Traitement d une instruction : REGISTRE 1 Instruction 1 2 Instruction 1...... j Instruction j...... n Instruction n lecture dans le registre incrémentation du registre décodage de l instruction exécution de l instruction Traitement séquentiel des instructions Les instructions sont traitées séquentiellement (i.e l une après l autre!) le processeur ne peut traiter qu une tâche à la fois. D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 20 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur La mémoire La Mémoire Types de mémoire : registre mémoire morte (ROM) mémoire vive (RAM) mémoire masse D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 21 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur La mémoire La Mémoire Unité de mesure : 1 bit = cellule élémentaire à 2 états 1 octet = 8 bits => 2 8 états mot mémoire = 32 bits ou 64 bits D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 22 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur La mémoire La Mémoire morte Mémoire morte : ROM (Read Only Memory) I inaltérable I permanente I contient BIOS (programme de démarrage de l ordinateur) D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 23 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur La mémoire La Mémoire Vive Mémoire vive : RAM (Random Access Memory) accès rapide accès immédiat (non séquentiel) volatile capacité limitée : 1 10Go D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 24 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur La mémoire La Mémoire de masse Disque dur, clé USB, carte SD : rémanente (i.e. non volatile) grande capacité de stockage : 1To accès : plus lent que RAM type flash (électronique) ou magnétique D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 25 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur Les périphériques Les périphériques Gravite autour de l UC. 3 catégories : périphériques d entrée : clavier, souris, scanner, box... périphériques de sortie : écran, imprimante, haut-parleurs, box... mémoires auxiliaires : disque dur, DVD, clé USB... D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 26 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur La carte-mère Carte mère Carte mère : carte électronique sur laquelle les composants matériels sont enfichés. D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 27 / 28
Architecture matérielle d un ordinateur Les bus Les bus Carte mère : permet aux composants de communiquer via les bus. BUS : canal électronique de communication entre les composants matériels. D.Malka Cours Info - 1 MPSI 2017-2018 28 / 28