Qui suis-je ?

Structure interne des ordinateurs

Section B IFT-17583

©Pierre Marchand, 2001, tous droits réservés

Qui suis-je ?

Jacques Tang

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

Courriel : jacques.tang@ift.ulaval.ca Pierre Marchand

Bureau : 3958 du pavillon Adrien-Pouliot Téléphone : 656-2131, poste 7409 Téléavertisseur : 1-888-757-8077 Télécopieur : 656-2324

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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.

Plan

Historique et présentation générale Représentation interne des informations

Données non numériques Données numériques:

Entiers positifs ou nuls Entiers négatifs Nombres fractionnaires

Circuits logiques

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Plan

Mémoires

Mémoire centrale Mémoire cache Mémoire auxiliaire

Unité centrale de traitement

Superordinateurs et microprocesseurs Entrées / Sorties

Téléinformatique et réseaux Systèmes d ’exploitation

Plan

Assembleur

Architecture du Pentium Outils de programmation Types de données Structures de contrôle Instructions de base Instructions arithmétiques Conversions

La pile Interruptions

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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.

Évaluation

Travaux pratiques

Quatre travaux pratiques comptant pour 7,5% chacun.

ï 1 ^er Travail : 2 février 2001 ï 2 ^e Travail : 3 mars 2001 ï 3 ^e Travail : 2 avril 2001 ï 4 ^e Travail : 28 avril 2001

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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.

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

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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.

Formule pédagogique

Cours

Les mardis : Structure interne Les jeudis :

Assembleur à compter de la 4^e semaine.

Travaux

Dépannages :

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Formule pédagogique

Page Web

Guide Supplément FAQ Exercices

Travaux et examens

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 infor- matique;

- vous connaîtrez les composantes essentielles de la Machine de von Neumann.

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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 adresse, un registre;

- décrire les unités de capacité d'une mémoire : K, M, G, T et P, et les unités de mesure de temps très courts : ms, µs, ns, ps.

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

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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 Images et vidéo Fax modem

Ports SCSI, USB, etc.

Unité 1: Historique et présentation générale

Réseaux WAN MAN LAN

WWW (Internet)

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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 ns = nanoseconde = 10^-9 s = 0,000 000 001 s ps = picoseconde = 10^-12 s = 0,000 000 000 001 s

Unité 1: Historique et présentation générale

Stockage Réseau

Ordinateur Bus

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

SGI-MIPS: R10000 Sun: UltraSparc Motorola-IBM-Apple:

Ethernet: 10 Mbps Fast Ethernet; 100 Mbps FDDI: 100 Mbps ATM: 155-622 Mbps Gigabit Ethernet : 1 Gbps

SCSI: 4 Mbps Firewire : 400 Mbps Quelques éléments typiques

d’un ordinateur personnel

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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

Unité 1: Historique et présentation générale

Loi de Moore

10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹ DRAM (bits)

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Unité 1: Historique et présentation générale

Évolution de la famille Intel

Date Microprocesseur Transistors Largeur Bus Fréquence traits (bits)

1971 4004 2 300 10 µm 4 108 KHz

1974 8080 6 000 6 µm 8 2 MHz

1978 8086 29 000 3 µm 16 8 MHz

1982 80286 134 000 1,5 µm 16 10 MHz

1985 80386 275 000 1,0 µm 32 25 MHz

1989 80486 1 200 000 0,8 µm 32 33 MHz

1993 Pentium 3 100 000 0,8 µm 32 100 MHz 1996 Pentium Pro 5 500 000 0,32 µm 64 200 MHz 1999 Pentium III 9 500 000 0,25 µm 64 1,13 GHz 2000 Itanium 15 000 000 0,18 µm 128 ? 2001 Pentium IV ? 0,18 µm 64 > 1 GHz

Unité 1: Historique et présentation générale

Principaux acteurs du monde de l’informatique

Intel IBM SGI Microsoft

Oracle Netscape

Logiciel (Applications)

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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 Système d’exploitation

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

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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

Unités d’entrée/sortie ou d’I/O Contrôleur de

périphériques

Carte réseau

Unité 1: Historique et présentation générale

Autre représentation

Périphériques

Bus de données

CPU ^Mémoire_{Centrale d ’E/S}^Unité

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Unité 1: Historique et présentation générale

2.6 Principes de fonctionnement

CPU

Unité de calcul

résultat opérandes

Unité arithmétique et logique

Registres Reg Adr Reg Mot

RI

PC ou CO Unité de

commande Décodeur

État Séquenceur

Horloge

Mémoire centrale

résultats motmémoire

adresse instruction

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

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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