Structure interne des ordinateurs

(1)

Structure interne des ordinateurs

Section B

IFT-17583

(2)

©Pierre Marchand, 2001 2

Qui suis-je ?

Jacques Tang

Bureau : xxxx du pavillon Adrien-Pouliot Téléphone : 656-2131, poste

Courriel : [email protected] Pierre Marchand

Bureau : 3958 du pavillon Adrien-Pouliot Téléphone : 656-2131, poste 7409

Téléavertisseur : 1-888-757-8077 Télécopieur : 656-2324

Courriel : [email protected] Page web pour le cours:

www.ift.ulaval.ca/~marchand/ift17583

(3)

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.

(4)

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

(5)

Plan

Mémoires

Mémoire centrale Mémoire cache Mémoire auxiliaire

Unité centrale de traitement

Superordinateurs et microprocesseurs Entrées / Sorties

Téléinformatique et réseaux

Systèmes d ’exploitation

(6)

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.

(7)

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.

(8)

Évaluation

Travaux pratiques

Quatre travaux pratiques comptant pour 7,5% chacun.

 1 ^erTravail : 2 février 2001

 2 ^eTravail : 3 mars 2001

 3 ^eTravail : 2 avril 2001

 4 ^e Travail : 28 avril 2001

(9)

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.

(10)

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

(11)

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.

(12)

Formule pédagogique

Cours

Les mardis :

Structure interne Les jeudis :

Assembleur à compter de la 4^e semaine.

Travaux

Dépannages :

à déterminer

(13)

Formule pédagogique

Page Web

Guide

Supplément FAQ

Exercices

Travaux et examens

(14)

Unité 1: Historique et présentation générale

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.

(15)

Unité 1: Historique et présentation générale

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

(16)

Unité 1: Historique et présentation générale

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

(17)

Unité 1: Historique et présentation générale

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

(18)

Unité 1: Historique et présentation générale

Réseaux WAN MAN LAN

WWW (Internet)

(19)

Unité 1: Historique et présentation générale

2.3 Valeurs et acteurs de référence

Unités de mesure de capacité

Kilo = 10³  2¹⁰ = 1024

Méga = 10⁶  2²⁰ = 1 048 576 Giga = 10⁹  2³⁰ = 1 073 74 824

Tera = 10¹²  2⁴⁰ = 1 099 511 627 776

Peta = 10¹⁵  2⁵⁰ = 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

(20)

Unité 1: Historique et présentation générale

Stockage Réseau

Ordinateur Bus

Logiciel Mémoire

RAM CPU

(disque dur, …) 250 MB à 10 GB Intel : Pentium

SGI-MIPS: R10000 Sun: UltraSparc

Motorola-IBM-Apple:

PowerPC 200-500 MHz b : bit

B : Byte (= octet = 8 bits) bps : bits par sec

Mbps : mégabits par sec MB ou Mbytes ou Mo

Ethernet: 10 Mbps

Fast Ethernet; 100 Mbps FDDI: 100 Mbps

ATM: 155-622 Mbps

Gigabit Ethernet : 1 Gbps

SCSI: 4 Mbps

Firewire : 400 Mbps

Systèmes d’exploitation Navigateur Internet

32 à 256 MB

Quelques éléments typiques d’un ordinateur personnel

(21)

Unité 1: Historique et présentation générale

Loi de Moore

197075 80 85 90 952000 05 10³

10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹

Transistors

4004

8080 8086 80286

80386 80486

Pentium Pentium Pro

Pentium III, Itanium

Pentium IV

(22)

Unité 1: Historique et présentation générale

Loi de Moore

197075 80 85 90 952000 05 10³

10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹

DRAM (bits)

(23)

Unité 1: Historique et présentation générale

Évolution de la famille Intel

Date Microprocesseur Transistors Largeur Bus Fréquence traits (bits)

1971 4004 2 30010 m 4 108 KHz

1974 8080 6 0006 m 8 2 MHz

1978 8086 29 0003 m16 8 MHz

1982 80286 134 0001,5 m 16 10 MHz

1985 80386 275 0001,0 m 32 25 MHz

1989 80486 1 200 0000,8 m 32 33 MHz 1993 Pentium 3 100 0000,8 m 32 100 MHz 1996 Pentium Pro 5 500 0000,32 m 64 200 MHz

(24)

Unité 1: Historique et présentation générale

Principaux acteurs du monde de l’informatique

Intel IBM SGI

Motorola Sun

HP NEC Hitachi Fujitsu Apple Microsoft

Oracle Netscape

Cisco 3Com

Bay Networks Novell

Logiciel (Applications)

Réseau

(Networking) Traitement (Computing)

(25)

Unité 1: Historique et présentation générale

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

(26)

Unité 1: Historique et présentation générale

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

(27)

Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnement

Ordinateur

Unité de contrôle ou

Unité de commande Unité arithmétique

et logique ou

Unité de traitement ou

Unité de calcul

Unité centrale de traitement

Mémoire Cache

Instructions

Données

Mémoire centrale ou principale

(28)

Unité 1: Historique et présentation générale

Autre représentation

Périphériques

Bus d ’adresses Bus de contrôle Bus de données

CPU ^Mémoire_Centrale _{d ’E/S}^Unité

(29)

Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnement

CPU

Unité arithmétique

Reg Adr Reg Mot

RI

PC ou CO Unité de

commande

Décodeur

État Séquenceur

Horloge

Mémoire centrale

résultats motmémoire

adresse instruction

(30)

Unité 1: Historique et présentation générale

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

(31)

Unité 1: Historique et présentation générale

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