– Le silicium restera encore le mat´eriau pr´ef´er´e des fondeurs de circuits int´egr´es pour de nombreuses ann´ees. La technologie CMOS (et ses d´eriv´ees) (Comple-mentary Metal-Oxyd Semiconductor) a remplac´e depuis longtemps les tech-nologies TTL (Transistor Transistor Logic) et ECL (Emitter-Coupled Logic), mˆeme au sein des mainframes, en raison de sa faible consommation et des performances plus qu’honorables qu’elle pr´esente. Les tensions d’alimentation diminuent - 3,3 Volts, 2,9, 1,8 Volts sont maintenant courantes - tandis que les densit´es d’int´egration augmentent avec l’am´elioration des techniques de gravure (pas de masque inf´erieur `a 45 nm) et l’utilisation du cuivre pour la m´etallisation. Les proc´ed´es de fabrication connaissent de nombreuses am´eliorations, grˆace en particulier :
− aux m´ethodes de conception assist´ee par l’ordinateur (CAO ou CAD: Computer Aided Design), qui conduisent `a des temps de d´eveloppement de plus en plus courts et `a une augmentation consid´erable de la complexit´e des circuits ;
− `a l’int´egration des m´ethodes de test d`es la conception.
– C’est de l’architecture que l’on attend le plus pour am´eliorer les perfor-mances des machines. Le parall´elisme est le premier moyen utilis´e. Celui-ci peut ˆetre mis en œuvre au niveau du processeur lui-mˆeme (parall´elisme des op´erateurs, parall´elisme des donn´ees) ou plus globalement au niveau de la machine en installant plusieurs processeurs qui peuvent coop´erer ou non. Avec le parall´elisme l’am´elioration des liens de communication devient indispensable pour v´ehiculer une grande quantit´e d’informations. Les protocoles et la technologie des bus ´evoluent rapidement pour atteindre cet objectif.
– Les interfaces conviviales sont maintenant d’un usage g´en´eral. Les syst`emes d’exploitation multi-tˆaches ´equipent les machines personnelles. Cependant, le logiciel de base (le syst`eme d’exploitation, en particulier) n’est pas toujours capable d’utiliser au mieux les ressources mat´erielles de la machine. Citons le cas des micro-ordinateurs multi-processeurs dont les potentialit´es ne sont pas toujours exploit´ees au mieux.
– Le coˆut d’une machine est avant tout celui des logiciels destin´es `a la faire fonctionner et ce ph´enom`ene tend `a s’amplifier. Malgr´e l’apparition de nou-velles technologies (approcheobjet. . . ), le d´eveloppement et la maintenance des applications se font sur des dur´ees bien sup´erieures au cycle de vie des mat´eriels.
– D`es leur conception, les machines sont dot´ees de moyens de communication sur r´eseau local ou r´eseau t´el´ephonique, facilitant ainsi leur int´egration dans unearchitecture de communication. Cette int´egration rend encore plus difficile la maˆıtrise du logiciel et du mat´eriel. Le fait de travailler sur une machine ne veut pas dire que les traitements sont effectu´es localement. De mˆeme, les informations manipul´ees peuvent provenir de sites distants. Si cette notion de d´elocalisation n’est pas nouvelle, par contre celle de transparence des acc`es est tout-`a-fait r´ecente (informatiquedistribu´eeour´epartie).
Le mot architecturefera r´ef´erence `a l’agencement des modules qui con-stituent la machine ordinateur, `a leur interconnexion ainsi qu’`a leur r´ealisation `a l’aide de composants logiques : portes, bascules, registres ou autres ´el´ements plus complexes.
Chapitre 2
La repr´ esentation des informations
Pour repr´esenter des informations ou dialoguer avec l’ordinateur, l’utilisateur emploie des symboles - chiffres, lettres et ponctuations - formant des chaˆınes de caract`eres.
Ainsi, les lignes :
I = 15 ; R = 1.5 ;
car1 = "15" ; car2 = "Bonjour" ; DIR > Result.doc
cat Result.tex
peuvent ˆetre interpr´et´ees comme les instructions d’un programme ou des com-mandes envoy´ees au syst`eme d’exploitation. Cette repr´esentation externedes informations, interpr´et´ee par l’utilisateur, n’est pas directement compr´ehensible par la machine. Elle suppose une traduction (uncodage) pr´ealable en une forme qui pourra ˆetre utilis´ee par l’ordinateur. Nous d´esignerons le r´esultat de cette op´eration par repr´esentation interne. Celle-ci utilisera dans tous les cas les symboles logiques not´es 0 et 1 (paragraphe2.2.2). Pour des raisons de lisibilit´e et/ou de facilit´e de d´esignation, les informationslogiquesseront le plus souvent regroup´ees par ensembles de huit ´el´ements appel´esoctets(bytes).
Dans ce chapitre, on distinguera les types d’objets suivants : les nombres, entiers ou r´eels, et les caract`eres.
Reprenons l’exemple pr´ec´edent : le codage interne de l’information “15”
sera diff´erent selon qu’elle sera rang´ee dans la variable Iou dans la variable car1. L’une est de type num´erique, l’autre de type chaˆıne de caract`ere. La repr´esentation externe est la mˆeme pour ces deux entit´es bien qu’elles soient de natures fondamentalement diff´erentes. L’op´erateur humain est capable de faire la diff´erence et adaptera son traitement suivant la connaissance qu’il a de
31
ces objets. Par contre la machine exige des repr´esentations internes diff´erentes pour des objets de types diff´erents. Dans ce chapitre nous donnons les r`egles permettant d’effectuer la conversion format externe → format interne, sans pr´ejuger de l’implantationfinale du r´esultat dans la m´emoire de la machine.
2.1 Rappels
2.1.1 La base 2
On appellerepr´esentationd’un nombrexen baseble vecteur{an, . . . ,a0,a−1, . . . ,a−p} tel que :
x=Pn
i=−paibi (2.1)
o`u lesai sont des entiers compris entre 0 et (b−1). L’indicei et le nombrebi sont respectivement le rang et lepoids du symboleai. Le coefficient an est le chiffre (digit) depoids fort et a−p le chiffre de poids faible. Dans le cas de la base 2 (codage binaire), les coefficientsai prennent les valeurs 0 ou 1 et seront d´esign´es par le terme debit(contraction deBinary Digit).
Exemples
− Le nombre binaire 1010 = 1×23+ 0×22+ 1×21+ 0 = 1010.
− Le passage de la base 10 `a la base 2 se fait par divisions successives par 2 pour la partie enti`ere, et par multiplications par 2 pour la partie fractionnaire. Consid´erons le nombre 20,375 en base 10.
On passe `a sa repr´esentation en base 2 de la fa¸con suivante : 1. Pour la partie enti`ere on effectue les divisions successives :
20 2
0 10 2
0 5 2
1 2 2
0 1
Le r´esultat est fourni par le dernier quotient et les pr´ec´edents restes.
On obtientxENT= 101002.
2. La partie fractionnaire est obtenue par multiplications successives par 2. Ainsi pour 0,375 :
0,375×2 = 0,75 0,75×2 = 1,5
0,5×2 = 1
Les chiffres de la partie fractionnaire sont donn´es par la partie enti`ere des r´esultats successifs des multiplications par 2. On obtient ici xFRAC = 0,0112. En d´efinitive 20,37510 = xENT +xFRAC = 10100,0112. On peut remarquer que la repr´esentation en base 2 n’est pas forc´ement finie, mˆeme si la repr´esentation en base 10 l’est. Ainsi 0,210 va don-ner 0,001100110011. . . Le nombre de chiffres de la partie fractionnaire est infini.
L’erreur commise en limitant le nombre de bits de la repr´esentation est appel´eeerreur de troncature. Lorsqu’on effectue un arrondi sur cette repr´esentation, on parle d’erreur d’arrondi.
Ainsi 0,210≈0,00110011001 par troncature et 0,210≈0,0011001101 par arrondi.
2.1.2 Repr´ esentations binaire, octale, hexad´ ecimale
Dans le cas binaire, qui nous int´eresse plus particuli`erement, les deux ´etats logiques utilis´es pour la repr´esentation des informations sont symbolis´es par 0 et 1, que l’information soit num´erique ou non. Pour des raisons pratiques, la repr´esentation externe utilise souvent les bases 8 (num´erationoctale) ou 16 (num´erationhexad´ecimale).
Le syst`eme octal utilise les huit symboles : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Le passage de la base 2 `a la base 8 se fait de fa¸con imm´ediate en groupant les chiffres binaires 3 par 3. Ainsi :
1011101,011012= 1|011|101,011|010 = 135,328
La base 16 utilise les symboles 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F.
Le passage de la base 2 `a la base 16 se fait de la mˆeme fa¸con en groupant les chiffres binaires par bloc de 4 symboles. Ainsi :
1011101,011012= 101|1101,0110|10 = 5D,6816
Ces bases donnent non seulement une repr´esentation condens´ee des nombres binaires mais permettent en plus une conversion imm´ediate avec la base 2.