Chaie 9

Arhiteture des ordinateurs

Onappellearhiteture d'un ordinateurlafaçondontlesomposantsélémentairessont

reliésentreeuxpourformerl'ordinateur.

Au débutdel'informatique,lesomposants(méaniques, puiséletro-méaniques,puiséle-

troniques)étaientassezrudimentaires.Denosjourslesomposantspeuventêtred'uneomplexité

extrême,'estleasdumiroproesseur,leomposantessentielmaisnonexlusif.

Dansehapitre,nousallonsnousintéresserauxnotionsfondamentales(lasynhronisation)

puisauxomposantsdesordinateursmodernesquesontlesmiro-ordinateurs:miroproesseur,

oupleurs,barettesdemémoireetpériphériques.

9.1 Vue d'ensemble

9.1.1 Le miroproesseur

L'essentield'un ordinateur,reprenantpresquetout eque nous avonsvu jusqu'ii, tientde

nosjourssuruniruitintégréappelémiroproesseur(miroproessor enanglais).

Pour relier e miroproesseur aux autres omposants, an d'obtenir un ordinateur, nous

avonsbesoind'unmodèlematérieldumiroproesseur,indiquantenpartiulierladisposition

et lafontiondehaunedesesbrohes.

Pourleonepteurd'unordinateurilfautégalementenonnaîtrelesaratéristiquesphysiques

tellesquelesdimensionsduboîtieretlestensionséletriquesàappliquerauxbrohes.Maiset

aspetphysiqueneonernepasleprogrammeur.

9.1.2 Arhiteture primaire

L'arhiteture primaired'un(miro-)ordinateurestelledelagure9.1:lemiroproes-

seuromporte unertain nombredebrohespourdétermineràquelélémentmémoireaéder,

unertain nombrede brohes pourpermettrele transfert desdonnéesvers/dela mémoire,un

ertainnombredebrohespourlerelier auxdiverspériphériques(lesports)etévidemmentdes

liensentreesdiverséléments.

i8086 ports

20 broches 16 broches pour les

mémoire

pour la mémoire

9.2 Synhronisation et horloge

Ilfautsynhroniserlemiroproesseuretsesoupleurs.

DÉFINITION1.-Dansuniruit logiqueasynhrone, lessorties duiruithangentlorsque

lesentréeshangent.

Le modèleduiruitlogique asynhrones'applique engénéralbien auasdes iruitsom-

binatoires. Bien entendu ei est un modèle théorique, en pratique il y a néessairement un

délaipourobtenirlessignauxdesortiestabilisés.Lorsquees délaissonttousàpeuprèsdela

même durée, ela n'a pas une grande importane. Considérons ependant un as où ela ade

l'importane.

Exemple.- Considérons le iruit ombinatoire de la gure 9.2, formé d'un inverseur et d'une

porteAND.

a

b x

s

Figure9.2Ciruitnonasynhrone

Supposonsqueledélaidepropagationdel'inverseursoit ledoubledeeluidelaporteAND.

Représentonslediagrammetemporelàlagure9.3lorsque

a

b

1 0 1 0 1 0

1 0 a

b x

s

Figure9.3Délaidepropagation

Onvoitquedurantdeuxunitésdetemps,lesignaldesortie

s

a

b

DÉFINITION2.-Dans uniruit logique synhrone, lessorties sontsynhroniséesave un

signald'horloge,'est-à-direqu'ellespeuventseulementhangerlorsd'uneimpulsiondeelle-i.

Exemple.-Modionsleiruitvudansl'exemplei-dessusselonlagure9.4,defaçonàequeles

sortiesnesoientpaserronéesaprèsuneimpulsiond'horloge.Lasortieàprendreenonsidération

est

ss

On hoisit lapériodede l'horloge susamment longue defaçon àe qu'elle soit supérieure

a

b x

s

CLOCK

CLK D

Q

ss

Figure9.4Ciruitsynhrone

temporelestalorseluidelagure9.5.Onremarqueque

ss

1 0 1 0 1 0

1 0 a

b x

s

CLOCK ss

Figure 9.5Délaisynhrone

Déterminationdelafréquened'horloge.-Lafréquenedel'horlogeestdéterminéeparlesdélais

depropagationdesportes.Ceux-isonteux-mêmesdéterminésparletypedetehnologieutilisé

pourfabriquerlemiroproesseur.

Remarque.- On ne peut pas réellement passer à une fréquene très diérente de elle qui est

garantieparleonstruteur:sortieerronéeenasdefréqueneplusélevée(ommenousvenons

delevoir),pertedesignalpouratteindrelamémoireenasdefréquenepasassezélevée.

Signaldesynhronisation.- Les miroproesseurs utilisent des iruits logiques synhrones. Ils

ontdon besoin d'un signal d'horloge, ousignal de synhronisation. Ce signaln'est rien

d'autrequ'uneimpulsiondonnéeàintervalleréguliersurlabroheonernée.

Générationdusignaldesynhronisation.-Lesiruitsdegénérateurd'horlogeemploientunos-

illateuràristalpourassurerunefréquenerelativementstable. Enfait elle-in'apasbesoin

d'êtretrèspréise:vousavezertainementdéjàremarquéquel'horlogedevotreordinateurn'est

9.3 Les bus

9.3.1 Notion

Laliaisonentrelemiroproesseur,lamémoireetlespériphériquesest laisséedans leoule

plusompletjusqu'àmaintenant.Celle-is'etuegrâeàdesbus.

DÉFINITION .-On appellebus unensemble de lignesde signauxassignéesàunbutommun.

Arhitetureàtroisbus.-Lesordinateursmodernesseonformentàunearhitetureàtroisbus,

dontleshémaestmontré àlagure9.6:

Figure 9.6Arhitetureàtroisbus

- lebus des adressespermet aumiroproesseurdeommuniquer uneadressean delire

unélémentdemémoireoud'aéderàunport donné;

-lesdonnéeselles-mêmes,provenantouallantverslamémoireouunpériphérique,transitent

parlebus des données;

- le bus de ontrle permet au miroproesseur d'indiquer s'il veut lire ou érire, par

Quatreylesd'instrution.-Dupointdevuedel'arhitetureàtroisbus,ilyaseulementquatre

yles d'instrutionpossible:

Typed'instrution Busdesadresses Busdeontrle Busdesdonnées

Leturemémoire Adressede Séletionner Valeurde

l'élémentmémoire mémoireetlire l'élémentmémoire

Ériture mémoire Adressede Séletionner Donnéeàérire

l'élémentmémoire mémoireetérire danslamémoire

LetureI/O Adressedu Séletionner Donnéedu

périphérique I/Oetlire périphériqueseletionné

Ériture I/O Adressedu Séletionner Donnéeàérire

périphérique I/Oetérire surlepériphérique

Touteslesinstrutionsdumiroproesseursontdesombinaisonsdees quatreyles(appelés

yles mahine).

9.3.2 Carte mère

Sur laplupart des miro-ordinateurs,les bus sont imprimés sur une plaque, appelée arte

mère(system boardoumotherboardenanglais).

Cettearteomprendégalementdeshes(slotenanglais)soudéespouryplaerlesdiérents

iruitsintégrés(miroproesseur,oupleurs,mémoireROM,mémoireRAM...)etlaliaisonave

lespériphériques(artegraphique,arteson...).

On parle alorsde bus systèmepour lesbus sur ette artemère et de bus d'extension

9.4 Interfaçage de la mémoire

9.4.1 Hiérarhie des mémoires

Notiondehiérarhie.-Nousavonsvul'intérêtdelamémoirepourobtenirunordinateur.D'un

pointdevueduprogrammeur,iln'yaauuneraisonaprioridedistinguerteltypedemémoire

par rapport à tel autre. Pour l'interfaçage des unités de mémoire au miroproesseur, par

ontre,'est essentiel.Puisqu'il ya plusieurstypes de mémoire,onréeune hiérarhie de

mémoire.

Premierniveaudelahiérarhie.-Lepremierniveaudehiérarhiepermetdedistinguertroistypes

demémoire:

- lamémoireprimaire (diteaussimémoire prinipale,ou mémoireentrale oumé-

moirevive)s'interfaediretementavelemiroproesseurdansl'arhitetureàtroisbus;

- la mémoire seondaire, ou mémoire de masse, permet de onserver les hiers; on

utilisedespériphériquespourela(disquette, disquedur...);

- lamémoired'arhive permet de fairedessauvegardes;onutilise d'autrespériphériques

pourela(bandesmagnétiquesparexemple).

Mémoireentrale.-Le prinipedehargement-exéutiondumiroproesseurimposequelamé-

moirediretementinterfaée aumiroproesseurpossèdeertainesaratéristiques:

- elledoitêtreapable deommuniquerave lemiroproesseuràlafréquenedusystème;

ei signie qu'un miroproesseur à 6 MHz, par exemple néessite des éléments de mémoire

réagissantplusvite qu'unmiroproesseurà1MHz;

-haqueélémentdemémoiredoitpouvoirêtreaessibleparsonadresse;

Denosjours,lamémoireentraleestpresqueexlusivementonstruiteenutilisantlatehnologie

des semi-onduteurs, se présentant omme des iruits intégrés (e fut d'ailleurs la première

granderéussiteindustrielle desiruitsintégrés).

Mémoireseondaire.-Lesaratéristiquesdelamémoireseondairesontlessuivantes :

-elledoitêtred'aèsrelativementrapide;unprogrammedoitêtrehargéen1à30s;

- l'aès peutêtre diret (omme dans le as des tambours puisdes disques) ou séquentiel

(omme dansleasdesbandes);

-lesupportdemémoiredoitêtretransportable,defaçonàequeleshiersdeprogramme

etdedonnéespuissentpasserd'unemahineàune autreousauvegardés;

-elledoitêtrenonvolatile.

De nosjoursles élémentsessentielsde mémoireseondairesont lesdisquettes, lesdisques durs

(bienquenontransportablesaudébut), lesCD-ROMet surtoutleslèsoudisquesUSB.

Mémoired'arhive.-Lesdisquesdursnesontpas(failement)transportables,equinéessiteles

mémoiresd'arhive.Leursaratéristiquessontlessuivantes:

-ellesdoiventêtrenonvolatiles;

-onn'yapasaès fréquemment;

-unegrande vitessed'aèsetunaèsdiret nesontpasessentiels:

-ellesdoiventêtretransportables.

Onutilise pour eladesrubans magnétiques,desDAT(pour DigitalAudioTape)plusonéreux

Les mémoiresd'arhivesontutilisées pour lesopies de sauvegardedeshiersimportants.

Ellespermettentlaprotetionontrelapertededonnéesonséutivesàdeserreursdel'opérateur

oudueaux

hh

ii

Conlusion.-Letypedemémoireutilisédansunsystèmeinformatiquedonnédépenddesapplia-

tionsenvue.Lesmiro-ontrleurs,parexemple,n'utilisentsouventquedelamémoireprinipale.

Parontre,unsystèmedédiéauxappliationsdegestionexigeraunemémoireseondaireetune

mémoired'arhiveimportantes.

Nous nenous intéresseronsdansla suitedee hapitrequ'àlamémoireentrale, lesautres

typesutilisantlesportsd'entrée-sortie.

9.4.2 Éléments de mémoire entrale

Deuxtypesdemémoireentrale.- De nos jours la mémoire entrale est presque entièrement

onstituée de iruitsintégrésreposantsur la tehnologie des semi-onduteurs.Nous ne nous

intéresseronsdoniiqu'àetypedemémoireentrale.Pourdesraisonstehnologiques,ondoit

distinguerdeuxgrandstypesdetelsélémentsdemémoire:

-lamémoireROM(pourRead OnlyMemory) estnonvolatilemais ilestplusdiile d'y

érire,d'oùsonnom;engénéralonn'yéritqu'uneseulefois, enusine;

-lamémoireRAM(pourRandom AessMemory,nom hoisiarRWMpourRead Write

Memoryesttropdiileàprononer)estvolatile(equiestdûauxtehnologiesultilisées)mais,

parontre,onpeutérireetlireautantdefoisquel'onveuttantquel'ordinateurestsoustension.

MémoireROM.- Lamémoire ROM est utilisée pourstoker lesprogrammes dedémarrage,les

logiielsdesmiro-ontrleurset,éventuellement,lesprogrammessouventutilisés(tels quel'in-

terpréteurBASICouletraitementdetextesdespremiersmiro-ordinateurs).

L'avantagedelamémoireROMestqu'elleestdisponibledèsqu'onallumel'ordinateur.L'in-

onvénientest qu'elle oupede laplae mémoiresur laquelle onne peut pasérire, alorsque

les programmesde démarragedeviennentinutiles une fois l'ordinateur démarré,et l'ériture y

estdiile (leplussouventeladoitêtrefaitenusine).

MémoireRAM.- Les programmes et lesdonnées peuvent être rapidementhargésen mémoire

RAM depuis le disque dur ou une disquette. L'inonvénient prinipal est qu'elle est volatile,

'est-à-direquetoutleontenudisparaîtdèsquel'ordinateurestéteint(mêmesi 'estaiden-

tel).

Organisationmatérielledelamémoire.-Unmiro-ordinateuromprendengénéralàlafoisdela

mémoireROMetdelamémoireRAM.Pourdévelopperleslogiielsd'untelsystème,ilpeutêtre

importantdesavoirquellepartie estonstituéedemémoireROMet quellepartieestonstituée

demémoireRAM,defaçonànepasessayerd'érire surdelamémoireROM.

L'indiation deeparamétrageest l'objetdel'organisation matérielledelamémoire(en

anglaismemory map).

Caratéristiquesidéalesd'unemémoire.-Sinousvoulionsonstruireuniruitintégrédemémoi-

reidéale,quellesaratéristiquesdevrait-ilposséder?Sontempsd'aès,'est-à-direletemps

requis pour lire ou érire une donnée sur la pue, devrait être très ourt. La donnée, une fois

érite, ne devrait jamais être perdue, même lorsque l'alimentation életrique est interrompue,

'est-à-direqu'elledevraitêtrenonvolatile.Leiruitintégrédevraitêtretrèsdense,oupant

seulementunepetitesurfaeduiruitimprimésurlequelelleestmise.Etennlaonsommation

9.5 Démarrage d'un miro-ordinateur

Notion.-Lors de lamise soustension d'un miroproesseur, elui-iinitialise sesregistrespuis

entredansune boule inniedehargement/exéutiond'instrutions. Engénérallaseulefaçon

desortirdeettebouleinnieestdeouperl'alimentationéletriqueoud'exéuteruneinstru-

tionHALT.Lavaleurinitialeduregistred'instrutionspéie l'endroitoùlemiroproesseurva

herherlapremièreinstrution.

LamémoireROM.- Unequestionfondamentaleseposealors:

Oùallerherheretteinstrution?

Àl'adresse initialebien sûr.Mais àquoiorrespondetteadresse?Ilnepeutpass'agirdemé-

moirevive,puisqueelle-iest miseàzérolorsdudémarrage(plusexatementelleneonserve

paslesdonnées).Ilnepeutpass'agirnonplusdemémoiredemasse(disquette,disquedur,CD-

ROM,...)puisquelemiroproesseurnesaitpasaèderparlui-mêmeàlamémoiredemasse.

La seulepossibilité est donde fournirà ette adresse(et autour deette adresse)unpre-

mier programme. On peut évidemment onevoir un ensemble d'interrupteurs permettant de

programmerpourledébut,maisein'estpastrèsonvivial.

On sesertdon d'uniruitintégréde mémoirepermanente,néessairementdelamémoire

ROM.CetteROM peutontenir lesystème d'exploitation (asdespremiersmiro-ordinateurs

tel que le CPC d'Amstrad) mais alors elui-i est gé pourune mahine donnée. Cette façon

de faire n'est pas très intéressante de nos jours, puisque le système d'exploitation évolue très

9.6 Historique

9.6.1 Synhronisation

Dèsledébutdesannées1900ilyeutdenombreusestentativespouronstruiredessubstituts

életriquespuiséletroniquesauxorgueslassiques.Vers1935LaurensHammondonstruitson

Novahord qui possède 72 notes ave deux lampes életroniquespar note : la première sert à

générerleson,laseondemoduleleniveaudusignalsonore.92autrespetiteslampesagissenten

tantquegénérateursminiatures.Cequinousintéresseiiestquelefontionnementdeséléments

életroniquesduNovahordest subordonnéauxbattementsd'unehorlogeéletriquesynhrone.

JohnEkert,quiutiliseunNovahord,sesouvientdeetteidéelorsqu'ilpasseàlaréalisation

del'ENIAC(onçuen1942),lepremieralulateuréletroniqueàavoirmarquél'histoire.

9.6.2 Apparition des miroproesseurs

Nousavonsvuommentonestpassédestubeséletroniquesauxtransistorspuisauxiruits

intégrés.Nous avons vu égalementque les iruitsintégrés ont d'abordonnu unsuès om-

merial,àlatoutendesannées1960,avelamémoireàsemi-onduteur.Intelest rapidement

devenu l'undesplusgrosfournisseurs dee typedemémoire.Cetterme aproduit lepremier

miroproesseuren1971.

9.6.2.1 Le ontexte : lesalulatrieséletroniques (1963)

Nousavonsparlédealulateuréletroniquepourlespremièresgrossesmahineséletronique

delandesannées1939àlandesannées1940.Cen'étaitpasdesordinateursarilsn'étaient

pasprogrammablesavepossibilitéderupturedeséquene.Ilspermettaientparontred'eetuer

trèsrapidementdesopérationsarithmétiques.Ilsétaientgrosetavaientdesentrées-sortiesassez

imposantes,genrebandesmagnétiquesouartesperforées.Leurutilisationassezomplexeétait

réservéeàdesspéialistes.On appellealulatrie életronique toute mahine apabled'ef-

fetuer rapidement les opérations arithmétiques ave une interfae homme-mahine simpliée

onstituée de touhes pour entrer les données et le type d'opération et d'un éran uniligne

(displayenanglais)pouraherlerésultat.

En 1962, l'entreprise britannique Sumlok Computer ommene àonstruire un alulateur

debureau,appeléComptometerMark IV,qui onnaîtunsuèsommerialauJapon.Tadashi

Sasaki propose de remplaerles tubes àvidepar destransistors.Il quitteFujitsupourSharp

en1964,qui,soussadiretion,produitlepremieralulateuràtransistors[Asp-97℄.Ilalataille

d'uneaisseenregistreuse.

En 1967TexasInstrument sortunealulatrienettementpluspetite, onstituéedeiruits

intégrés et de deux types de mémoires : de lamémoire RAM pourstokerles nombresentrés

parl'utilisateuroualulésparlamahineetdelamémoireROMpourlesinstrutionsinternes,

tellesqueellepouralulerlarainearrée.

D'autres soiétés suivent le mouvement. Les alulatries de pohe (ou alulettes) rem-

plaentlesrèglesàalulaudébutdesannées1970.

9.6.2.2 Le premiermiroproesseur(1971)

En 1969 Busiom (pour BUSIness COMputer), fabriant japonais de alulatries méani-

queset életroniquesdepuis1967,veutdévelopperune nouvellelignedealulatrieséletroni-

ques,programméesparlogiielet nonplusendur:haquemodèledealulatriedoitposséder

une ROM spéique à ses fontionnalités, un des modèles devant ontenir par exemple une

imprimante intégrée. Les ingénieurs de Busiom travaillent sur un projet omprenant douze

iruitsintégrésontenanthauntrois àinqmilletransistors.Cependant,àette époque,les

iruits intégrésourants omprennent un millierde transistors. Intel aréemment développé

une tehniquepourfabriquer desiruits intégrésde deux mille transistors.Lorsde l'été 1969

Busiom demandedonàIntel dedévelopperunensemblede iruitsintégréspoursalignede

alulatrieséletroniques[NH-81℄.

Figure9.8Aspetextérieurdumiroproesseur4004([Mal-95℄,p. 11)

IntelonelaommandedeBusiomàMarianE.Hoff,ingénieurdetrente-deuxans,Ted

pliqué :d'unepart,le iruitintégréquiontrle l'imprimante,parexemple,nepeutrienfaire

d'autre; d'autrepart,le tauxderejetpourdes iruitsintégrésd'unetelle omplexité est très

élevé.

Figure9.9 Vueinternedumiroproesseur4004([Aug-84℄,p. 266)

Les Japonais lui expliquent la oneption des alulatries életroniques, en partiulier le

fontionnementet leontrledesimprimantes,dulavier,del'aheuret duleteur deartes,

sujetqu'ilneonnaîtpas.

Hoff trouve une solution : d'une part, développer un iruit intégré généraliste, un peu

omme le proesseur entral d'un ordinateur, plus exatement du PDP-8 qu'il onnaît bien,

elui-iutilisantunompromisentreunjeu réduitd'instrutionsaudétrimentd'unprogramme

plusgrand;d'autrepart,plaerleontrledespériphériquessurdesunitésséparées.Lemiro-

proesseurpourraitêtreprogrammable,allantherhersesinstrutionsenRAMet enROM.Si

unlient,telqueBusiom,veutonevoirunealulatrie,ildevraérireunprogrammequ'Intel

âbleradansuneROM.Chaquealulatrieexigedonlemiroproesseur,uneROMetquelques

iruitsintégréssupplémentaires(appelés oupleurs).

Busiomaepteettepropositionalors qu'Intelone unautreprojetàTedHoff,si bien

queriennesepassedurantunan,'est-à-direjusqu'àl'embauheparInteldeFederioFagginen

avril1970.L'arhitetureetlaoneptionlogiquesontpresqueterminésmaisilresteàonevoir

lesdiérentesouhesduiruitintégré.Lepremiermiroproesseur,appelé4004estproduiten

1971ainsi quetroisoupleursassoiés.Ave 2250transistors,le4004peuttraiterdesdonnées

sur4bitsàunevitessede60 000opérationsparseonde.Lestroisautresiruitsintégréssont

le4001,une ROMde 2KiOpourstokerleprogramme,le4002, une RAMde320otetspour

stokerlesdonnées,etle4003,unregistreàdéalagede10bits.Lenombredetransistorsprésents

9.6.2.3 Le marhé des miroproesseurs

Puisqu'Intel a développé le 4004 (la gure 9.9 montre la omplexité d'un tel iruit inté-

gré)sous ontratave Busiom, l'entreprise japonaise aundroitexlusif surelui-i. En 1971,

Busiom demande à Intel d'abaisser son prix de fabriation. Ce que fait Intel en éhange du

droitdeommerialiserle 4004,souslenom deMCS-4(pourMiroComputerSystem four-bit).

La gure 9.10 montre la première publiité parue dans le numéro du 15 novembre 1975 de

EletronisNews.Intels'aperçoitrapidementquelaommerialisationd'unmiroproesseurest

plusompliquéequeelled'un autreiruitintégré:outreleshéma(datasheet)fournissantles

spéiations,ilfautfournirunmanueldeprogrammation,desnotesmontrantommentutiliser

lesomposants,uneartededéveloppementapabled'implémenterunprototypefontionneldu

matérielet unassembleurroisétournantsurunmini-ordinateur.

Figure9.10Publiité pourlemiroproesseur4004([Aug-84℄,p. 264)

En avril1972,Intelintroduitlepremiermiroproesseurhuitbits, appelé8008(gure 9.11),

quiestassezpuissantpourdevenirle÷urd'unmini-ordinateur:résultatduretraitdeTedHoff

du projet du4004 en 1970 pour travaillersur unautre ontrat, àsavoirdévelopperun iruit

intégrépour unterminalintelligent(leDatapoint2200) pourComputer Terminal Corporation,

equi donnelieu àe nouveaumiroproesseur.

Figure9.11Vueinternedumiroproesseur8008([Aug-84℄,p.266)

En 1974sortle8080(gure 9.12).

9.6.3 Apparition des miro-ordinateurs

9.6.3.1 Le ontexte : aès à l'ordinateur

Lorsdelaphaseexpérimentaledesordinateurs,lesprogrammeurs,susammentraresàette

époque,peuventyaédersansproblème.Aprèsledéploiementdeeux-i,elahange.Comme

leditlemathématiienJohnKemeny,l'undesinventeursdulangageBASIC :

Durantlesdeuxpremières déades del'existenedesalulateursrapides, lesma-

hines étaient siraresetsionéreusesquel'hommes'approhaitdel'ordinateur dela

mêmefaçonquelesaniensGress'approhaientd'unorale.[...℄Unhommesoumet-

tait sa requête[...℄ etattendait alors patiemmentjusqu'à equ'il soit ommode pour

la mahine de s'ouper duproblème. Seuls quelques aolytesséletionnés pouvaient

avoir des ommuniations diretes ave l'ordinateur. Dans le mode d'origine pour

utiliser lesordinateurs, onnuomme traitementpar lots, desentaines de requêtes

de alulsétaient olletées parle personneld'un entrede alul qui l'envoyait àla

mahine en unseullot.

[Kem-72℄,p. 21

UnepremièresolutionpourrésoudreeproblèmeestdéveloppéeauMITaudébutdesannées

soixante : l'utilisation des ordinateurs en temps partagé. La vitesse atteinte par les ordina-

teurs,ouplée ave lapossibilité defaire transiterdes informationsparle réseautéléphonique,

permettentd'imaginerunenouvellephilosophied'utilisation.Plusieursutilisateurspeuventom-

mander,enapparenesimultanément,l'exéutiondeprogrammesdistints,haunsuruntermi-

nalquiluiestpropre.Leterminal,permettantlamiseen÷uvredetravauxdemoindreampleur

surunsiteéloignéduentredealul,metl'ordinateuràlaportéedesutilisateursindividuels.

Figure9.13PDP-1([Aug-84℄, p.256)

Pourquoinepasrendreeterminalindépendant et nepasonevoirdesmahinesbeauoup

moins puissantes,ertes,maispermettantl'exéution demultiples petits travauxpour lesquels

un

hh

gros

ii

ordinateur est une solutionlourde? Cei onduit à l'apparitiondes ordinateurs

personnels, le plus souventappelés miro-ordinateurs ar ils utilisent unmiroproesseur,

aumilieudes années 1970.Une premièreétapefutelle desmini-ordinateurs,introduitspar

9.6.3.2 Les mini-ordinateurs(1963)

Le premier mini-ordinateur est lePDP-1 de Digital Equipment Corporation, onçu à partir

de1957parKennethH.Olsen.

KennethH.OlsengranditàStratford,Connetiut,entredeprodutiondemahines-outils,

et étudiele génie életriqueau MIT. En 1950, àl'âge de 24 ans, Olsen rejoint le Forrester's

DigitalComputerLabauMITommeassistantherheuretontribueauWhirlwind.Ilesthargé

deonstruireunpetitordinateurpourtesterlespremièresmémoiresàtoresdeferrite.Travaillant

nuitet jour,sonéquipeonstruitlamahineenseulementneufmois.

LorsquelesordinateursdusystèmeSAGEsontmisenprodutiondansl'usinedePoughkeepsie

d'IBM,leDigitalComputerLabenvoieOlsenetquelquesautrespourgarderun÷ilsurleprojet.

NormanTaylor,lehefd'Olsen,sesouvient:

LorsqueIBMommençaàonstruireemonstre, j'aidemandé àOlsende garder

le ontrle sur lui; nous étions onernés par la abilité de ses iruits. Ken alla

vivreàPoughkeepsie durantdeuxansetdemi.[...℄Unjour Olsenme dit

hh

Norm,je

peuxbattreesgensàleurproprejeu

ii

[Fis-81℄,p.211

Voulantentrer danslesaaires,Olsen,son frèreadetStanet unollègue,HarlanE. An-

derson,mettentplusieursmilliersdedollarsdeleurpohepourfonderDigitalEquipmentCor-

poration (plus tardonnusous sonaronymede DEC)dans unmoulin debriques àMaynard,

dansleMassahusetts, unebanlieuedeBoston.DEC ommeneparêtreunsous-traitantd'une

entrepriseauapitalde70000$situéeàBoston,AmerianResearh andDevelopmentCorpora-

tion(ARD). Sonpremierproduit est unensembledemoduleséletroniquesservantàtesterles

ordinateurs.

Troisansaprèssafondation, DECsortunpetit ordinateurvendu 120000$,leProgrammed

DataProessormodel1,ouPDP-1 montréàlagure9.13.

Figure9.14PDP-8([Aug-84℄,p. 256)

Celui-i onnaît unéhemais tout hange en1963 ave lePDP-8, montré à lagure 9.14

ouvertpourrévélersonintérieur.Àpeuprèsdelatailled'unréfrigérateur,lePDP-8estonstitué

programme à la fois, les mots ont une taille de douze bits (au lieu des vingt bits habituels

à l'époque) et il ne ontient que 4 Ki mots de mémoire mais il oûte beauoup moins her

qu'unordinateurdel'époque.DessientiquesommandentdesPDP-8pourleurslaboratoires,

des ingénieurs pour leurs bureaux, la marine amériaine en installe dans des sous-marins, les

raneriespeuventontrlerlesopérationshimiqueset ainsidesuite.

LePDP-8 sonneleglasde l'ordinateur-diva,entouréd'unenuéedetehniiensinabordables

et enhâssé dansunenvironnementlimatisé.Desdizainesd'autresentreprises selanentalors

surlemarhédesmini-ordinateurs.

9.6.3.3 Les ordinateurspersonnels (1974)

Les ordinateurs personnels onnaissentunsuès ave l'arrivée des miro-ordinateurs, dont

le ÷ur est un miroproesseur. Ceux-i sont préédés par des ordinateurs personnels dont le

÷ur n'est pas un miroproesseur et qui ne onnurent pas de suès ommerial à ause de

leurprix. Ils'agit essentiellement deelui onçupar David AhlhezDEC en1974 et eluide

Hewlett-PakardàPaloAltoenCalifornie.

David Ahl rejoint DEC en1969. Sa formationd'ingénieur est omplétéepar unmaster de DavidAhl

gestion et un master enpsyhologiede l'éduation. En 1970, il onçoit ungroupe de produits

éduatifs,omprenantàlafoisdumatérieletdeslogiiels,destinéauxlyéesetauxuniversités,

equi marhebien.

Le groupede Ahlommene àreevoirdes ommandesde lapartd'individus, et nonplus

seulementd'entreprises,engénéraldesingénieursonsultants.Ilsedemandealorssiunmarhé

pour lesordinateurs personnels pourrait exister. Ilexplore elui-i en faisantdévelopper deux

prototypes.L'unestunterminal(ontenantdesiruitsintégrésdemémoiremaispasdemiro-

proesseur),versionéduloréeduélèbrePDP-8.L'autreest unordinateurportable,delataille

d'unemalette,ontenantunmoniteur,unlavieret unleteurdedisquette.

Ahlveutvendresesmahines auxéoleset àtouseuxquisontintéressés,pour5000$.Il

ontate desrevendeursquipourraientleproposerenkit. Ceux-isontintéressés.En mai1974

ilproposesonplandevantleomitédeDEC,présidéparOlsen.Celui-iestpartagémaisnit

parrefuserdepoursuivrel'expériene.Déçu,AhlquitteDECquelquesmoisplustard.Ilréera

9.6.3.4 Naissanedes miro-ordinateurs (1972)

Le miro-ordinateur esinventé en 1972 parFrançoisGernelle dans lapetite soiétéR2E Miral

(Réalisations Études Életroniques), implantéedans labanlieueparisienne, rééeet animéepar

AndréTruong.Cettemahineest ommerialiséeen1973souslenomdeMiral.

Figure 9.15LepremierMiralphotographiéàtédesaartemère([Lil-03℄, p.93)

En 1972,M.Perrier,del'INRA(InstitutNationalde la Reherhe Agronomique)demande

àla jeune soiété R2Ede mettre au point unsystème informatique à moindre oût, destiné à

lareherheagriole,pouvantêtretransportable.FrançoisGernelle,direteurdelaReherhe

etDéveloppementdelaR2E,luirépond:

hh

tropélevépourvotrebudget.Aussije vousproposede vousfaireunalulateurpourlamoitiéde

eprix

ii

,equ'aepteM.Perrier.

André Truong et François Gernelle, sahantqu'Intel vient delaner le miroproesseur

8008,leommandentetFrançoisGernelle metsonéquipesurleprojet. Cinqmoisplustard,

enavril1973,leMiralestvendu8450F.Ilfontionneaveunefréquened'horlogede0,5MHz,

sonproesseurdisposede51instrutions,ilnepossèdeni éran,ni lavier:lesentréessontas-

suréesàl'aidedeommutateurset l'ahages'eetuesurdesvoyants,letoutplaésurlafae

avant.

J'ai appris à onnaître les mini-ordinateurs à Intertehnique, et notamment les

Multi8etVarian 620I.Lapartieproesseur dees minis,'est-à-dire lalogiquequi

déode et exéutelesinstrutions,représentait 7à10 artes bourrées de omposants

(900surleVarian620I).Lorsque,àl'automne1971,j'aidéouvertla

hh

Preliminary

ii

tout ça par un seul iruit en tehnologie MOS, et j'ai ommené à rêver. C'était

peut-être l'oasion de réaliser un ordinateur, ertes très peu puissant, mais à un

prix tellementplusbasqueelamarquerauneruptureetpermettraitàl'informatique

d'envahir de nombreuxnouveauxdomaines, là oùelleseraitutile,mais pourlesquels

elleétait, àl'époque,beauoup trop hèreetpassusammentable.

[...℄

Àette époque, lesminisdisposaient tous de mémoires àtores de ferrite,hères,

peuablesettrèsgourmandesenénergie.Cesmémoires, prétendumentpermanentes,

s'éroulaienttoutletempspourpleinderaisons,etilfallaitdisposerd'unpériphérique

dehargementetresterl'armeaupieddevantl'ordinateur(leteurdearte,deruban,

leteur de bande, et.) pour pallier les défaillanes. Ce périphérique était forément

her, peuable etégalementgrosonsommateurd'énergie.

J'ai don pris le pari d'utiliser les mémoires à semionduteur, 100% MOS, et

je rois bienavoir été lepremier àle faire. Les hips(les pues)EPROM 1702 (de

256otets,àl'époque)étaientdédiéesauxprogrammespermanents,etlespuesRAM

1101 (256 bits)spéialiséesaux donnéesetaux programmes hargés dynamiquement

(depetitsprogrammes,par fore).

FrançoisGernelle dans[Lil-03℄, pp.9596

Leslientspotentielsfrançais,bienqu'intéressés,n'aordentpasleuronaneàunenouvelle

mahine ne provenantpasdesÉtats-Unis. AndréTruong présente donleMiral àlagrande

messeamériainedel'époque,l'expositionNCC(National ComputerConferene),oùilreueille

des appréiations favorables et des artiles élogieux, dont la revue Eletronis, la référene à

l'époque.C'est d'ailleurs une revue amériaine qui qualiera ette mahine de miroomputer,

donnantainsinaissaneaumotmiro-ordinateur.Unepremièreprodutionde500Miraltrouve,

dès lapremière année,une appliation dans les péages d'autoroute. Le dix-millième sortiraen

Ledeuxièmemiro-ordinateurestonçu n1973auxÉtats-Unis.

Mark-8

Figure 9.16LaouverturedeRadio-Eletronisdejuillet1974([Aug-84℄,p.269)

JonathanA.TituspréparesondotoratenhimieauVirginiaPolytehniInstituteàBlaks-

burget oupesontemps libreàdesmontages életroniques.Lorsqu'Intelintroduitson miro-

proesseurhuitbits8008,ilétudiesesspéiationsetprend onsienequ'ilestassezpuissant

pourfairetournerunmini-ordinateur.Ilenommandeunet reçoitégalementunmanueld'ap-

pliations, plein de diagrammes de iruits. S'inspirant de eux-i, il onstruit un prototype

d'ordinateurn 1973. Lamahine a lataille d'un mini-four et est onstitué de six artesdont

l'une ontient le 8008 et sesoupleurs et une autre lesbarettes de mémoireRAM (256 otets

quel'onpeutétendrejusqu'à16KiO).Iln'yaévidemmentpasdeROM,qu'ilauraitfallupayer

quelquesmilliers dedollarsà unfondeur.Il faut donentrertoutes les instrutionsàla main,

bitparbitàl'aided'interrupteurssituésàl'avantdel'appareil.Lesrésultatssontahéssurun

panneaud'ampoulessituéàtédesinterrupteurs.

Voulantfairepartagersonexpériene,iléritdeuxlettrespourPopularEletronisetRadio-

Eletronis,deuxmagazinesbienonnus,leur demandants'ilsseraientintéressés parunartile

surlaonstrutiondesonMark-8ommeill'appelle.Unartileparaîtdanslenumérodejuillet

1974 de Radio-Eletronis ave une ouverture très alléhante (voir gure 9.16). L'artile est

tehniquemaisfait seulement quatrepages. Sion veut plusdedétails,onpeutommanderun

livretdequarante-huitpages, éritparTitus etpublié parRadio-Eletronis pour5,50$.Dix

9.6.3.5 L'adoptiondes miro-ordinateurs (1975)

En janvier 1975 Popular Eletronis publie la première partie d'un artile en deux parties Altair

d'unordinateurplussophistiqué,l'Altair 8800(gure 9.17),proposéparune petiteentreprise

de matérielséletroniques, Miro Instrumentation andTelemetry Systems (MITS)située à Al-

buquerqueauNouveauMexique,auprixde395$enkitoude650$toutassemblé.Desmilliers

deommandesauentàMITS danslesmoisqui suiventlaparutiondel'artile.

Figure 9.17LaouverturedePopular Eletronis dejanvier1975([Aug-84℄,p.273)

Créée en 1969, MITS ommene par proposer une alulette en kit auprix de 169$ et en

vend10à15milles entre 1972et1974maisil yapeu demargesure produitet lasoiétéest

rapidementen diulté nanière.EdwardRoberts, ingénieuréletroniien et undes quatre

fondateurs de MITS, étudie les spéiations du miroproesseur 8080 et en onlut qu'il est

susamment puissant pour être le ÷ur d'un mini-ordinateur. Il en disute ave le direteur

éditorialde Popular Eletronis,Arthur Salsberg,et sonéditeurtehnique,LeslieSolomon,

quil'enouragentàpoursuivresonprojet.MITS déidelaonstrutiondel'Altairen1974dans

uneortdésespérédesauverl'entreprise.

Robertsonçoitleplangénéraldel'ordinateur,enn'oubliantpas16onneteursd'extension.

WilliamYates,ingénieuraéronautiquepréédemmentoierdel'Arméedel'aironçoitlaarte,

dontleheminpourhaundessignauxéletriques.Saapaitédetraitementestde65000mots

Une autre soiétéamériaine, IMSAssoiates, développe àe momentunmiro-ordinateur IMSAI

très prohede l'Altair, appelé Imsai 8080, qui sort n 1975. Bâti autourd'un 8080, e miro-

ordinateuroreunefaçadeavantplusévoluée(gure9.18),équipéed'interrupteursplusrésistants

et livréetoutemontée,prêteàl'emploi.

Stephen G.Wozniakesttrès tt passionnéparl'életronique.À treizeans, il onstruitun AppleI

alulateurtransistoriséquigagneunprix.L'été1971,alorsqu'iltravailleommeprogrammeur,

lui est présenté Steve Jobs, qui aseize ans à l'époque. Ils déouvrent qu'on peut obtenirdes

ommuniationsà longue distane gratuitement en émettant unertain son. Woz, omme on

l'appelle,onçoit unappareiléletronique pourles produire, Jobs s'approvisionneen matériel

életronique et ils en vendent, en toute illégalité, 150 entre 40 $ et 150$ pièe àdes amis et

onnaissanes.

Figure 9.19AppleI ([Aug-84℄,p.278)

L'introdutiondel'Altairaonduitàlaformationdelubsd'ordinateursàtraverslesÉtats-

Unis,dontleHomebrewComputer ClubdanslaSilionValley.Wozentendparlerdeelub et

assisteàsonpremiermeetingenmars1975;il endevientundesmembreslesplusatifs.

Cette même année 1975, il ahète pour 20 $ un nouveau miroproesseur 8 bits, le 6502,

onçu parune petite entreprise de la Silion Valley appelée MOS Tehnology, et ommene à

onstruiresonpropremiro-ordinateur.C'estunesimpleartemèreave4KibdeRAM(gure

9.19),moins puissant quel'Altairet l'IMSAImais moins her, moins ompliqué et pouvant se

onneter diretement à un moniteur. Il onçoit le premier interpréteur BASIC pour le 6502.

Jobs luifaitbeauoupdesuggestions.

WozeetueladémonstrationdesamahinedevantuneaudieneenthousiasteduHomebrew

lub et essaie alors d'intéresser Hewlett-Pakard, son employeur. Cependant l'entreprise doute

qu'ilexiste unmarhépour detelles mahines. Jobs penseautrementet omene àreherher

desrevendeurs.IlentrouveunenlapersonnedePaulTerrell,membreduHomebrewlubet

propriétairedunouveaumagasinByteShop.Celui-iommandeentartesà500$l'une.Ilsen

9.6.3.6 Les premierssuès ommeriaux:AppleII etPet (1977)

Nous venonsde voirl'apparition despremiers miro-ordinateurs. Les premiers suès om-

meriauxonernentl'AppleIIetlePET.

WozetJobs,âgésde21et24ans,revendenten1976unminibusVolkswagenqu'ilspossèdent AppleII

et démarrent dans le garage des parents de Jobs la soiété Apple Computer Company ave

un apital de 1 350 dollars. Devant le suès (relatif) de l'Apple I, ils se disent qu'il y a un

marhé. Woz onçoit un miro-ordinateur plus sophistiqué, appelé Apple II. Jobs s'oupe

du té ommerial de l'opération. Il demande à Nolan Bushnell, le fondateur d'Atari, une

aide nanière,qui le renvoie à Don Valentine, qui lui-même luisuggère de ontater A. C.

Markulla, le direteur ommerial d'Intel entre 1970 et 1974, au moment où l'entreprise a

introduit le miroproesseur. Markulla visitele garagede Jobs en otobre1976, aideWoz

et Jobs à onstruire leur plan ommerial, ahète le tiers de Apple Computer Company pour

91000$ettrouvedesréditspour900000$.

Figure 9.20AppleII([Lil-03℄,p.116)

L'Apple IIest introduit en avril 1977,lorsde laFirst West Coast Computer Fair. Bâtiau-

tour du miroproesseur 6502, l'Apple II tourne à un MHz et dispose de 4 KiO de mémoire

vive,extensible, et de 12 KiOde mémoiremorte ROM ontenant le Baside Mirosoft. Il est

vendu1195$sansmoniteuret estidéalpourjouerauxjeuxvidéo.Uneampagnedepubliité

imaginativefaitd'Applel'entrepriseàlaroissanelaplusrapidedansl'histoireamériaine.

La grande inspiration a onsisté à en faire une mahine ouverte, apable de reevoir des

extensionsgrâe àsesonneteursinorporés.Une autrenouveauté:le boîtier esten plastique

Àlamêmeépoquequ'Apple, CommodoreentreenlieavelePet. PET

JakTramielréeCommodoreen1957, dansleBronxd'abordpuisauCanada, soiétéde

réparation puis de fabriation de mahines à érire portables. En 1969 il onstruit de petites

alulatries puisrahète,en 1977, le fabriant de semionduteurs MOS Tehnology, réépar

ChukPeddle,leonepteurdumiroproesseur6502.

MOSTehnologydéveloppeen1977uneartemiro-ordinateur(gure9.21)appeléeKIM-1:

'estune simplearteéquipée d'unmiroproesseur6502quiseprête bienàl'enseignementdu

matérieletdelaprogrammation(enhexadéimal),desaheurs7segmentsservantàl'ahage.

Lors du rahatde MOS Tehnology par Commodore, Chuk Peddle propose de onevoir

unmiro-ordinateurutilisantson propremiroproesseur, le6502,appelé Pet(un jeu de mots

puisqu'il signie à la fois Personal Eletroni Transator et animal familier en anglais, gure

9.22).Ildisposede8KiOdemémoireviveetde16KiOdeROM.Sonahages'eetuesur25

lignesde 40olonnes et il disposed'un leteur-enregistreurdeassettesinterne. Ilest présenté

en1977àlafoiredeHanovre,enAllemagne.

Figure9.22LePetdeCommodore([Lil-03℄,p. 124)

9.6.3.7 Unmarhé diversié

Devant le suès de l'Apple II et du PET, de très nombreuses entreprises se lanent sur

le marhé des miro-ordinateurs. On peut renvoyer à [Lil-03℄ où Lilen fait une synthèse de

ses hroniques dans diverses revues d'életronique et d'informatique, pour une première vue

9.6.3.8 Unestandardisation : lePC d'IBM(1981)

Au début des années 1980, le hoix de miro-ordinateurs est immense. Cependant ils sont

inompatiblesentreeux,tantenequionernelesextensionsquedupointdevuedeslogiiels.

Ils sontonsidérés ommedes jeux d'enfantspar les informatiiensprofessionnels del'époque,

quifreinentdesquatrefersleurintrodutiondanslesentreprises.

En 1981,laplusgrande entreprise d'informatique,IBM,sortunmiro-ordinateur,tout sim-

plementappelé PC (pourPersonal Computer), qui onnaît unsuèsimmédiat auprèsdesen-

treprises malgréson prix. ContrairementàApple, IBMrend publi lesspéiationsduPC et

surtoutduBIOS(lapartiedulogiielutiliséelorsdudémarragedel'ordinateur).Ceipermet à

denombreusessoiétésdesortirdesompatiblesPCet àIBMd'introduireunstandarddefait.

Figure 9.23IBMPC(1981)

John Opel préside IBM à lan des années 1970. S'inquiètant de voir surgir une nouveau

marhéaveledéveloppementdesmiro-ordinateurs,ildélègueàuneéquipespéialelesoind'en

développerun.CetteéquipeestdirigéeparBillLoweetregroupequelquespassionnésdontDon

équiperéaliseun tourde fore enonevantunordinateur enmoins d'unan. Le projet dePC

estprésentéen1980auomitéexéutifd'IBM.

Cetordinateurrésultedel'assemblagedeomposantsstandarddumarhé:lemiroproesseur

16bits8088d'Inteladenéà4,77MHz;mémoireROMde40KiO;mémoireRAMde16KiO,

extensibleà256KiO;unonneteurpourleteurdeassette;deuxunités dedisquettes de160

KiOhaune;lavierde83touhes;éranmonohrome11poues.

Quelquesannéesaprès,lesompatiblesPCetl'Appleouvrentunetrèsgrandepartdumarhé,

reléguantpetitàpetit lesautresauxoubliettes.

9.7 Bibliographie

[Asp-97℄ William Aspray, The Intel 4004 Miroproessor : What Contituted Invention?,

IEEE Annals ofthe Historyof Computing,vol.19,1997,pp.415.

[Naissanedumiroproesseur,yomprisl'apportdesJaponaisTadashiSasakiet

MasatoshiShima.℄

[Aug-84℄ Augarten, Stan,Bit by bit : an illustrated history of omputers,Tiknor

&Fields,New-York,1984,IX+324p.,ISBN 0-89919-268-8.

[Fag-72℄ Federio Faggin, M. Shima, M. E. Hoff, Jr., H. Feeney, and S. Mazor, The

MCS-4 an LSIMiro Computer System,IEEE '72 RegionSix Conf. Pro.,

pp.16.

[Labibliographielistelesprésentationstehniques majeures.℄

[Fag-92℄ FederioFaggin,TheBirthoftheMiroproessor,Byte,Marh1992,pp.145150.

[Fis-81℄ Fishman,Katherine,The ComputerEstablishment,MGraw-Hill,1981.

[Kem-72℄ Kemeny,John,Man and the Computer,CharlesSribner'sSons,1972.

[Lil-03℄ Lilen,Henri, La saga du miro-ordinateur : une invention française,Vui-

bert,2003,271p.

[Mal-95℄ Malone,MihaelS.,TheMiroproessor:ABiography,Springer,1995,XVII

+333p.,ISBN 0-387-94342-0.

[NH-81℄ Noye, Robert N. and Hoff,Marian E.Jr, A History of Miroproessor Deve-

o